Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines hydroakustischen Impulssenders,

Fig. 2 eine Endansicht des in Fig. 1 gezeigten Senders von rechts gesehen,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Senders gemäß den Fig. 1 und 2 zusammen mit zugehörigen Vorrichtungen, die ein hydrauliches Sendersystem bilden,

Fig. 4 einen Teilschnitt eines Impulssenders ähnlich dem Sender gemäß den Fig. 1 und 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 einen Teilschnitt des Leistungsstufenventils und der damit verbundenen Akkumulatoren, wobei das Ventil in dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Sender verwendet wird,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des hydraulischen Kreises, verwendet bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Sender,

Fig. 7A und 7B Blockdiagramme des mit dem Sender gemäß den Fig. 1 und 2 verwendeten Steuersystems,

Fig. 8 Wellenformdiagramme von Druck, Kolbenversetzung, Ventilposition und akustischem Druckimpuls während des Betriebes des Steuersystems der Fig. 7,

Fig. 9 und 10 Teilvorderansichten von Teilen von Sendern ähnlich dem Sender gemäß Fig. 1, aber mit Strahlungskolben von konkaver bzw. konvexer Gestalt,

Fig. 11 und 12 Schnitte, welche schematisch einen hydroakustischen Impulssender gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Positionen während des Betriebes darstellen,

Fig. 13 Wellenformen des Druckes, der Kolbenversetzung und der Ventilposition während eines Betriebszyklus des in den Fig. 11 und 12 gezeigten Senders,

Fig. 14, 15, 16 und 17 Schnitte, welche schematisch einen hydrostatischen Impulssender gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Positionen während eines Operationszyklus darstellen,

Fig. 18 Wellenformen ähnlich der Fig. 8 während eines Betriebszyklus des Senders gemäß den Fig. 14, 15, 16 und 17,

Fig. 19 Wellenformen ähnlich der Fig. 18, wobei ein Betriebs- oder Operationszyklus eines Senders gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Sender dargestellt, der beim Untertauchen in Wasser, wie beispielsweise im Meer, betrieben werden kann, um wiederholt akustische Impulse zu erzeugen. Dieser Sender besitzt ein Gehäuse 10, in dem ein Paar von Strahlungskolben 12 und 14 symmetrisch gegeneinander gehalten wird; d. h., die Kolben 12 und 14 besitzen Stirnflächen 16 und 18, die einander gegenüberliegen. Am Gehäuse 10 ist durch Bügel 20 und 22, die daran angeschweißt sein können, ein Gehäuse 24 für Strömungsmitteldrucksteuermittel in der Form eines Ventilmechanismus befestigt. Dieser Mechanismus enthält ein Leistungsstufen-Hauptventil, welches im Hauptkörper des Gehäuses 24 angeordnet ist, und ein Pilotventil, welches in einem Außenabschnitt 25 des Gehäuses 24 angeordnet ist.

Der Sender wird durch ein unter Druck stehendes hydraulisches Strömungsmittel, vorzugsweise Hydrauliköl, betrieben, welches dem Sender von einer (nicht gezeigten) Hydraulikleistungsversorgung geliefert wird. Die Versorgung erzeugt unter Druck stehendes Hydraulikströmungsmittel mit Versorgungs- und Rücklaufdrücken über Hydraulikleitungen 26 bzw. 28. Die Hydraulikleitung 26 ist am Ventilgehäuse 24 über ein Einlaßfilter 30 befestigt. Die Leitung 26 liefert Hydraulikströmungsmittel mit Versorgungsdruck, beispielsweise mit einem Druck von 2000 bis 3000 psi (engl. Pfund pro Quadratzoll). Die Leitung 28 ist mit der Rücklaufseite der hydraulischen Leistungsversorgung verbunden, die ein Reservoir sein kann. Das Hydraulikströmungsmittel fließt sodann von der Versorgung in die Versorgungsleitung 26 und über die Rücklaufleitung 28 heraus. Die Energie des unter Druck stehenden Hydraulikströmungsmittels wird in akustische Impulsenergie durch den Sender umgewandelt. Der Hydraulikkreis des Senders wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben und weist Akkumulatorvorrichtungen 32 und 36 auf, die mit den Versorgungs- und Rücklaufseiten der Schaltung verbunden sind. Die Versorgungsleitung 26, Rücklaufleitung 28 und Einlaßfilter 30 sind in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Die Quelle kann in einem (nicht gezeigten) Rahmen zusammen mit der hydraulischen Leistungsversorgung untergebracht sein und wird in Wasser untergetaucht, und zwar auf eine Betriebstiefe, die mehrere 1000 Fuß betragen kann. Die gesamte Anordnung kann von einem zu seismischen zu Untersuchungen verwendeten Schiff gezogen werden und kann entweder allein oder zusammen mit einer Gruppe aus zwei oder mehreren solchen Sendern in einer Anordnung zum Zwecke geophysikalischer Forschungszwecke verwendet werden. Die in dem Sender der Fig. 1 und 2 vorgesehene Symmetrie vermindert die an das Gehäuse, die Ventile, den Tragrahmen und die Hydraulikleitungen angelegten Beschleunigungen, wodurch sich eine erhöhte Zuverlässigkeit des Sendergebildes ergibt.

Das Gehäuse 10 weist eine zylindrische Hülse 40 auf. Ein Paar von Trägergliedern 42 und 44 ist an entgegengesetzten Seiten der Hülse 40 angeordnet. Diese Trägerglieder besitzen zylindrische mittige Naben 46 und 48 sowie vier Streben 50, 52, 54, 56, die sich von der Nabe 46 aus radial nach außen erstrecken, wobei ferner vier Streben, von denen zwei bei 58 und 60 in Fig. 1 gezeigt sind, vorgesehen sind, welche sich radial von der anderen Nabe 48 aus nach außen erstrecken. Die Streben passen in Ringe 62 und 64, die sandwichartig zwischen den Streben und den Kanten der Hülse 40 angeordnet sind und mittels vier Stangen zusammengebaut sind, von denen zwei, nämlich die Stangen 66 und 68, in Fig. 1 gezeigt sind, während die anderen beiden Stangen bei 70 und 72 in Fig. 2 dargestellt sind. Diese Stangen sind an ihren äußeren Enden mit Gewinde versehen, auf welche zum Zweck des Zusammenbaus des Gehäuses Muttern 74 aufgeschraubt sind.

Die Strahlungskolben 12 und 14 besitzen Ränder 76 und 78, welche Schalen enthalten, in denen Dichtungen, wie beispielsweise chevronförmige Dichtungen 80 und 82 (vgl. Fig. 1), angeordnet sind. Diese Dichtungen befinden sich in Berührung mit der Hülse 40 derart, daß eine Kammer 84 zwischen den zueinander entgegengesetzt liegenden Stirnflächen 16 und 18 der Strahlungskolben 12 und 14 und dem Innenumfang der Hülse 40 gebildet wird. Eine Öffnung 86 ist mittig zwischen den Enden der Hülse 40 angeordnet und ist mit einer Leitung 88 verbunden. Diese Leitung 88 ist mit einer Vakuum- oder Niederdruck-Pumpe verbunden, so daß der Druck eines Gases, zweckmäßigerweise von Luft, in der Kammer 84 eingestellt werden kann. Diese Einstellung kann an der Oberfläche derart erfolgen, daß ein partielles Vakuum in der Kammer 84 existiert. Wenn der Sender untergetaucht ist, so baut sich eine Druckdifferenz an jedem der Strahlungskolben 12 und 14 auf, und zwar gleich der Differenz zwischen dem Druck in der Kammer und dem Druck infolge der Seewasserhöhe. Die Kräfte an den Kolben infolge des Seewasserdruckes hängen von der Fläche der Kolben und dem Differenz- bzw. Differentialdruck ab. Die an den Kolben auftretende Kraft kann diese nach innen zur Schlagposition hin treiben. Dieser Schlag kann durch das restliche komprimierte Gas in der Kammer 84 gedämpft werden. An der Schlagposition brauchen sich die Kolben nicht körperlich zu berühren, und sie können etwas voneinander getrennt sein, wei dies in Fig. 1 gezeigt ist.

Die Strahlungskolben 12 und 14 werden in den Naben 46 und 48 getragen. Die gesamte bauliche Festigkeit der Träger 42 und 44 trägt die Kolben 12 und 14 längs deren gemeinsamer Mittelachse auf Kolbenstangen bzw. Wellen 90 und 92, die sich von den Kolben aus nach außen zu den Trägern 42 und 44 hin erstrecken. Die Naben 46 und 48 besitzen Bohrungen 96 und 98 in Auskleidungen 100 und 102. Diese Auskleidungen wirken als Büchsen für die Wellen 90 und 92. Die Welle 92 ist mit einer Mittelbohrung 104 zum Zwecke der Gewichtsverminderung ausgestattet. Die Bohrung 104 ist am äußeren Ende der Welle 92 offen und erstreckt sich durch eine rohrförmige Verlängerung 106. Diese Verlängerung 106 ist am anderen Ende der Nabe 48 durch Bolzen 108 befestigt. Die Verlängerung 106 dient als ein Schutz für die Welle 92. Eine ähnliche Verlängerung 110 ist an der Nabe 46 durch Bolzen 112 befestigt und dient in ähnlicher Weise als Schutz für die andere Welle 90.

Die Welle 90 besitzt eine Mittelbohrung 114, die nahe dem äußeren Ende der Welle durch einen Endabschnitt 116 geschlossen ist. Der Teil der Bohrung 114 benachbart zum Endabschnitt 116 besitzt einen etwas größeren Durchmesser als das innere Ende der Bohrung. Eine Stange 118 ist gleitend in der Bohrung 114 angeordnet. Das Ende der Stange 118, der Endabschnitt 116 und die Bohrung 114 definieren eine Kammer 120 für das unter Druck stehende Hydraulikströmungsmittel. Um den Austritt von Strömungsmittel aus der Kammer 120 zu verhindern, sind Dichtungen, wie beispielsweise Chevron-Dichtungen 122 und 124, vorgesehen, um der Welle 90 das Gleiten nach innen und außen in der Bohrung 96 der Auskleidung 100 zu gestatten. Dichtungen, wie beispielsweise O-Ringdichtungen 126, um die Auskleidung herum schützen ebenfalls gegenüber dem Austritt von unter Druck stehendem Hydraulikströmungsmittel. Eine weitere Dichtung 130 nahe dem offenen Ende der Bohrung 114 verhindert den Austritt von Hydraulikströmungsmittel, gestattet aber die Bewegung der Stange 118 nach innen und außen bezüglich der Welle 90.

Die Auskleidung 100 ist mit einer Umfangsnut 132 ausgestattet, die sich axial über einen Abstand mindestens gleich der Versetzung oder dem Hub der Welle 90 erstreckt. Diese Nut 132 bildet eine Galerie oder einen Raum, der mit der Kammer 120 durch Löcher 134 verbunden ist. Der Raum 132 ist seinerseits mit einem hydraulischen Zuführungsrohr 136 durch eine Anzahl von Radiallöchern 138 verbunden, von denen zwei in Fig. 1 dargestellt sind. Diese Löcher 138 verbinden den Raum 132 mit einer Nut 140 im Innenumfang der Nabe 46, um eine dichte Abdichtung (vgl. Fig. 4) vorzusehen.

Wenn unter Druck stehendes Hydraulikströmungsmittel an die Kammer 120 angelegt wird, so wird die Stange 118 nach innen und die Welle 90 nach außen zwangsweise bewegt, wodurch die Strahlungskolben 12 und 14 voneinander getrennt werden. Die Kolben 12 und 14 besitzen Schultern 148 und 149, die als Anschläge dienen, welche mit den inneren Enden der Naben 46 und 48 dann in Berührung kommen, wenn die Kolben die Außenposition erreichen. Nachdem die Strahlungskolben getrennt sind und auf ihre Außenpositionen eingestellt sind, wird der Druck in der Kammer 120 mittels des Ventilmechanismus im Ventilgehäuse 24 vom Versorgungsdruck auf den Rücklaufdruck umgeschaltet. Zum Zwecke der Steuerung der Beschleunigung und Impulsamplitude kann das Hauptventil in eine Position gebracht werden, wo es die Kammer 120 nicht vollständig zum Rücklauf öffnet. Der Nettobetrag der Druckströmungsmittelkräfte an den Kolben wirkt dann in einer die Kolben nach innen treibenden Richtung.

Wenn die Nettokraft infolge des Meereswasserdrucks die schnelle Bewegung der Strahlkolben nach innen zueinander hin bewirkt, so bewegt sich die Stange 118 nach außen und drückt das hydraulische Strömungsmittel aus der Kammer 120 heraus. Der Fluß kann gedrosselt werden, wenn das Hauptventil nicht vollständig zum Rücklauf offen ist, und die Nettokraft an den Kolben kann reduziert werden. Die Beschleunigung der Kolben zueinander hin in die Schlagbeziehung an ihrer Schlagposition kann dadurch gesteuert werden, daß man das Hauptventil proportional zum Rücklauf öffnet. Da die Beschleunigung proportional zur akustischen Impulsamplitude (vgl. Gleichung 1) ist, wird die Amplitude der Impulse gesteuert. Zudem steuert die Steuerung der Beschleunigung die Zeit bis zum Schlag.

Wenn die Schlagposition erreicht ist, kehren die Kolben um und laufen zurück. Die von den Kolben bei Erreichung der Schlagposition erreichte Geschwindigkeit wird umgekehrt (d. h., die Kolbengeschwindigkeit V_o an der Schlagposition wird zu annähernd -V_o ). Die Umkehr geschieht in einer Zeit proportional zu ungefähr einem halben Zyklus der Resonanzfrequenz des Masse-Federsystems einschließlich der Masse und Steifheit der Kolben und der Feder infolge der zusammengepreßten Luft in der Kammer 84 zwischen den entgegengesetzten Stirnflächen 16 und 18 der Kolben. Die Steifheit geht in der Hauptsache auf die zusammengepreßte Luft in der Kammer zurück und ist nichtlinear, wobei jedoch in einer ersten Annäherung für die Resonanzfrequenz folgendes gilt:

Der maximale Beschleunigungspunkt wird durch das in Verbindung mit Fig. 7 beschriebene Steuersystem festgestellt und zeigt an, wann die Schlagposition erreicht ist. Sodann wird für einen Teil der Zeit, aber nicht für die ganze Zeit, während welcher die Kolben sich erholen oder rückstellen und sich nach außen zur Außenposition bewegen, das hydraulische Strömungsmittel veranlaßt, in die Kammer 120 zu fließen, um die Kolben zu trennen. Dies wird dadurch erreicht, daß man das Hauptventil in eine Position bringt, wo es vollständig offen für die Versorgung ist. Für den verbleibenden Teil des Rückstellzyklus wird das Hauptventil in eine Position betätigt, wo es zum Rücklauf hin offen ist. Die Nettokräfte an den Kolben verzögern dann deren Auwärtsbewegungen und bringen sie auf die Geschwindigkeit Null bei einer Position entsprechend der äußeren Grenze des Kolbenlaufs. Auf diese Weise werden die Kolben in ihren Bewegungen über die Bahn hinweg beschleunigt oder verzögert durch Umschalten des Hauptventils zwischen Versorgungs- und Rücklaufdrücken. Die hydraulischen Leistungsverluste in den Ventildurchlässen werden dadurch minimiert, was zu einem höheren Leistungsumwandlungswirkungsgrad führt.

Der Ventilmechanismus wird derart gesteuert, daß sich wiederholende (repetitive) Impulse jedesmal dann vorgesehen werden, wenn die Strahlungskolben 12 und 14 sich aufeinander zu zur Schlagposition bewegen, und sie werden umgekehrt durch die Federcharakteristiken der zusammengepreßten Luft in der Kammer 84 und/oder die Federcharakteristiken der Kolben 12 und 14 selbst, um nach außen zurückzukehren. Durch die Gleitanordnung und Befestigung der Kolben in den Naben 46 und 48 des Gehäuses 10innerhalb der Träger 42 und 44 unter Führung an den Außenumfängen durch die Hülse 40 wird ein Gebilde geschaffen, welches in der Lage ist, den Kräften infolge des Meereswasserdrucks und den beim Schlag erzeugten Kräften zu widerstehen, um so ein hohes Ausmaß an struktureller Integrität und Zuverlässigkeit im Betrieb vorzusehen. Die hydraulischen Strömungsmitteldruckvorrichtungen einschließlich des Ventilmechanismus und seiner Steuerung, was die Erzeugung von jeweils akustischen Impulsen mit hohen Raten vorsieht, wird im einzelnen in Verbindungen mit den Fig. 5 bis 8 beschrieben.

Fig. 3 zeigt das hydroakustische Sendersystem zusammengebaut, um an einem seismischen Untersuchungsschiff geschleppt zu werden. Der Rahmen 23 aus Rohrgliedern bildet einen offenen Kasten, in dem das Gehäuse 10 angeordnet ist. Ohren 27, die an den Trägern 42 und 44 durch Bügel 29 befestigt sein können, dienen zur Befestigung des Gehäuses 10 am Rahmen 23. Ein an einer Seite des Rahmens 23 befestigter Arm trägt ein Hydrophon 33. Das Hydrophon und die Kolben 12 und 14 sind längs der gleichen Achse derart angeordnet, daß das Hydrophon sich direkt im Pfad der akustischen Druckimpulse befindet, die durch den Sender erzeugt werden. Das Hydrophon 33 gibt ein elektrisches Signal entsprechend dem Impuls ab, der bei der Steuerung des Senders verwendet wird, was im folgenden noch im einzelnen beschrieben wird.

Eine Leitung 35 für elektrische Steuersignale, Leitungen 26 und 28 für hydraulisches Druckströmungsmittel und eine Luftleitung 88 sind mit dem Sender, wie oben erläutert, verbunden. Die Leitungen können starre Rohre sein, die aus dem Rahmen 23 zu (nicht gezeigten) flexiblen Schläuchen herausgeführt sind. Die Leitung 35 ist zu einem (nicht gezeigten) flexiblen Kabel herausgeführt. Die Enden dieses Kabels und der Schläuche können an einem Schlitten befestigt sein, der am Rahmen befestigt ist, oder aber die Anordnung kann mittels Drahtseil erfolgen, um das Spiel der Schläuche auf dasjenige zu beschränken, welches der Leiter und die Leitungen aufnehmen könen. Der Rahmen ist am Schiff durch Zugseile befestigt, und es ist eine hinreichende Durchhängung für die Schläuche und elektrischen Kabel vorgesehen, damit diese keine Lastbeanspruchungen aufnehmen müssen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Impulsquelle mit einer Vereinfachung durch Eliminierung der frei bewegbaren Stange 118 ist in Fig. 4 gezeigt. Die Teile des in Fig. 4 gezeigten Senders, die ähnlich denjenigen des Senders gemäß den Fig. 1 und 2 sind, tragen das gleiche Bezugszeichen. Die Stange 118a im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist einstückig oder integral mit der Welle 92a ausgebildet, die am Strahlkolben 14 befestigt ist, und erstreckt sich nach innen in die Bohrung 96 der Welle 90, die den Strahlkolben 12 trägt. Die Stange 118a dient, wie die Stange 118, als ein Kolben, um Strahlkolben 12 und 14 dann zu trennen, wenn Hydraulikströmungsmittel mit einem Versorgungsdruck veranlaßt wird, in die Kammer 120 hinter der Stange 118a zu fließen. Die Stange 118a besitzt eine Bohrung, die das Gewicht der Anordnung aus Welle 92a und Strahlkolben 14 vermindert. Die Strahlkolben 12 und 14 sind in Fig. 4 in ihrer Außenposition dargestellt, wobei die Schultern 148 und 149 dort, wo die Strahlkolben die Wellen 90 und 92 vereinigen, an den Innenenden der Naben 46 und 48 anschlagen.

Obwohl die Betätigung beider Kolben unter Verwendung eines einzigen Ventilmechanismus in Verbindung mit einer einzigen Kammer und doppelt wirkender Welle und Stange derzeit bevorzugt wird, so können doch auch gesonderte Ventilmechanismen gleichzeitig betrieben mit gesonderten Kammern und eine einfach wirkende Stange verwendet werden.

Es sei nunmehr auf die Fig. 5 und 6 verwiesen, wo ein Leistungsstufenventil 150 gezeigt ist, welches - wie in Fig. 5 gezeigt - einen Kolben oder Schieber 152 besitzt, der axial in einer Bohrung 154 bewegbar ist. Diese Kolbenbohrung 154 ist in einem Block 156 ausgebildet, der in einem Gehäuse 24 enthalten ist. Die Enden der Bohrung 154 sind durch Gewindestopfen 158 und 160 (vgl. auch die Fig. 1 und 2) verschlossen. In der Bohrung 154befinden sich an entgegengesetzten Enden des Kolbens 152 Steuerkammern 162 und 164. Durchlässe 166 und 168 verbinden diese Steuerkammern 162 und 164 mit dem Pilot- oder Steuerventil 151, welches den Druck in diesen Steuerkammern zur Versorgung oder zum Rücklauf schaltet oder die Kammern abschließt. Wenn sich Versorgungsdruck in der Kammer 162 und Rücklauf in Kammer 164 befindet, so wird das Kolbenventil nach links (abwärts in Fig. 6) verschoben, was die Öffnung 173 öffnet. In dem Ausmaß, in dem die Öffnung 173 geöffnet ist, entweder vollständig zum Rücklauf, wie in Fig. 5 gezeigt, oder aber weniger, hängt von der Zeit ab, mit der der Druck in der Kammer 162 zur Versorgung und die Kammer 164 zum Rücklauf geschaltet wird, d. h., wie lange die schematisch bei 181 im Pilotventil 151 gezeigten Verbindungen sind, bestimmt das Ventilöffnungsausmaß. Demgemäß ist der Pfad zum Rücklauf im Hauptventil 150 als ein veränderbarer Widerstand 177 dargestellt.

Das Einspeisungsrohr 136 ist mit der Mittelkammer 170 in der Kolbenventilbohrung 154 verbunden. Die Versorgungs- und Rücklaufleitungen sind mit den Kammern 172 bzw. 174 verbunden, und zwar auf entgegengesetzt liegenden Seiten der Mittelkammer 170. Die Versorgungs- und Rücklaufakkumulatoren 36 und 32 sind mit der Versorgungskammer 172 und der Rücklaufkammer 174 des Ventils verbunden. Die Akkumulatoren 32 und 36 können gasgefüllte Akkumulatoren mit beweglichen Kolben sein. Die Leitungen 26 und 28 zu den Akkumulatoren können darinnen Einweg- Rückschlagventile 167 und 169 aufweisen.

Das Pilotventil 151 ist eine elektrohydraulische Vorrichtung, die in entgegengesetzten Richtungen durch eine elektromagnetische Treibervorrichtung betätigt wird. Diese Treibervorrichtung ist als ein Paar von Elektromagneten 176 und 178 dargestellt. Andere elektromagnetische Treibervorrichtungen, wie beispielsweise Drehmomentmotore, verwendet in Servoventilen, können verwendet werden. Durch das Steuersystem in Fig. 7 erzeugte Steuersignale werden an die Elektromagnete angelegt. Das Pilotventil besitzt drei Zustände oder Positionen, die schematisch durch die Verbindungen 179, 180 und 181 dargestellt sind, die in jedem dieser Zustände hergestellt werden. In der Position 181, in die das Ventil 151 automatisch, beispielsweise durch Federn, vorgespannt ist, wenn die Elektromagnete 176 und 178 ent-erregt sind, sind die Kontroll- oder Steuerkammern 162 und 164 abgeschlossen, und das Hauptventil 150 kann selektiv positioniert und in der ausgewählten Position gehalten werden.

Das Steuersystem ist in Fig. 7 gezeigt, und die Arbeitsweise wird anhand von Fig. 8 erläutert. Fig. 8e zeigt den Druckverlauf oder die Wellenform des von dem Sender übertragenen akustischen Impulses. Die Positionen von Pilotventil 151 und Hauptventil 150, die die akustische Impulswellenform erzeugen, sind in den Fig. 8a bzw. 8b dargestellt.

Wie oben erläutert, wird das Pilotventil 151 derart gesteuert, daß es nur eine von drei Positionen einnimmt: S_S, vollständig offen gegenüber der Versorgung, wie bei 179 in Fig. 6 gezeigt; S_R, vollständig offen gegenüber dem Rücklauf, was bei 180 in Fig. 6 gezeigt ist; S_N, Mittelzustand (kein Fluß), was bei 181 in Fig. 6 gezeigt ist. Die elektrischen Steuersignale zu diesem Ventil 151 betätigen das Ventil derart, daß es diese drei Positionen einnimmt, und zwar durch Anlegen von entweder dem vollen Steuerstrom an den Elektromagnet 176 oder an den anderen Elektromagnet 178 oder durch das Anlegen von keinem Steuerstrom an die Elektromagnete.

Das Hauptventil 150 ist normalerweise entweder auf die Positionen der vollen Versorgung S_S oder des vollen Rücklaufs S_R eingestellt, und zwar mit Ausnahme der Zeit, wo die Kolben 12 und 14 sich nach innen zur Schlagposition bewegen, was man als die Fallzeit bezeichnen kann, und zwar dann, wenn das Hauptventil 150 in eine Position etwas geringer als vollen Rücklauf getrieben ist. Dieses Intervall erstreckt sich, wie gezeigt, von T&sub2; bis T&sub3;.

Zu Beginn des Zyklus wird ein Übertragungsbefehl zu T&sub0; vorgesehen. Nach einer kurzen Verzögerung zur Berücksichtigung von Sendervariationen empfängt das Pilotventil 151 einen Befehl zur Rückkehr, der erzeugt wird durch das Steuersystem zur Zeit T&sub1;. Die Zeitdauer von T&sub1; nach T&sub2; steuert, wieviel Strömungsmittel zu den Steuerkammern 162 und 164 des Hauptventils 150 transportiert wird, und somit die Position des Kolbens 152. Zur Zeit T&sub2; nimmt das Pilotventil 151 die Mittelposition 181 ein, wo es geschlossen ist, und das Hauptventil verbleibt in der teilweise Offen-zu-Rücklauf-Position bis T&sub3;. Während des Intervalls T&sub2; bis T&sub3; beschledunigen sich die Kolben nach innen zu ihrer Schlagposition hin. Der Druck im Hohlraum 120 (vergleiche Fig. 8d) fällt ab, aber erreicht nicht den Rücklaufdruck P_R, da die Öffnung 175 nicht völlig offen ist. Der Druck im Hohlraum 120 erfährt eine gewisse Fluktuation infolge des Rücklaufakkumulators 32 (Fig. 6). Zur Zeit T&sub3; wird das Pilotventil 151 zur Versorgung S_S (Position 179) geschaltet, und das Hauptventil 150 folgt mit seiner maximalen Schwenkrate. Die Zeitsteuerung bestimmt, daß der Kolben 152 des Hauptventils durch seine Mittelposition läuft mit beiden Öffnungen 173 und 175 (Fig. 4) geschlossen im Augenblick des maximalen übertragenen Drucks, was auch einem Null-Strömungsmittelflußzustand entspricht. Das Hauptventil setzt die Lieferung von S_S fort und nach einem Zeitintervall T&sub3;-T&sub5;, während welchem der Versorgungsdruck Energie (Kraft und Fluß) zur Wiederanordnung der Kolben 12 und 14 liefert, wird das Pilotventil 151 zur Zeit T&sub5; wiederum zum Rücklauf S_R (Position 180) geschaltet und das Hauptventil 150 folgt. Während des nächsten Intervalls T&sub5;-T&sub6; wird der Druck in der Kammer 120 zum Rücklauf P_R geschaltet und der Strömungsmittelfluß wird in der Rücklaufleitung von der Kammer 120 vermindert, wenn die Kolben sich zu ihrer Außenposition hin (vgl. Fig. 8c) verzögern.

Nach diesem Intervall zur Zeit T&sub6; wird das Pilotventil 151 wiederum zur Versorgung S_S (Position 179) geschaltet und das Hauptventil öffnet sich zur Versorgungsposition S_S, um den Druck in der Kammer 120 zum Versorgungsdruck P_S zu schalten und die Kolben in ihrer Außenposition zu halten, und zwar in Vorbereitung auf den nächsten übertragenen Befehl. Der Zyklus ist dann völlig vollendet, wenn das Hauptventil 150 die Versorgungsposition S_S bei T&sub7; erreicht und die Kammer 120 sich auf Versorgungsdruck P_S befindet.

Das Steuersystem (Fig. 7) besitzt einen Eingangsabschnitt 200, der den Übertragungszeitsteuerbefehl T&sub0; und den Amplitudensteuerbefehlspegel A_c aufnimmt. Ein Steuersignalerzeugungsabschnitt 220 erzeugt die Zwischenbefehlszeitsteuersignale. Ein Detektorabschnitt 230 weist einen Unterwasserwandler 202, wie beispielsweise das Hydrophon 33 (Fig. 3), auf, und zwar angeordnet nahe dem Sender, um den Druckimpulsverlauf, wie er in Fig. 8e gezeigt ist, zu erzeugen. Der Detektorabschnitt 230 erzeugt Steuersignale, welche die tatsächliche Zeit der Übertragung des akustischen Impulses T_p und seine Amplitude A_p repräsentieren. Der Abschnitt 240 erzeugt die Signale, welche die Elektromagnete 176 und 178 des Pilotventils 151 betätigen. Der Wandler 202 hat die Vorteile der Zuverlässigkeit und Einfachheit. Es können auch andere Fühler verwendet werden, um die ihre Innenposition (d. h. die Schlagposition) erreichenden Kolben festzustellen. Derartige Fühler können auf die Verschiebung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung ansprechen. Wenn der Übertragungsbefehl T&sub0; ankommt, so wird er an einen astabilen Multivibrator (One Shot=OS) angelegt. Die Zeitverzögerung von diesem OS 211 repräsentiert die erwartete Verzögerung T_de zwischen dem Übertragungsbefehl und dem übertragenen Signal für alle Sender, die in der Anordnung sein können oder einem individuellen Sender, wenn nur einer verwendet wird, und zwar minus einer kleinen Zeitvariation, die die während des Betriebes der Sender erwarteten Variationen repräsentiert. Am Ende dieses Zeitintervalls T_de wird ein Flip-Flop 212 durch die ins Negative gehende Flanke des OS-Ausgangsimpulses gesetzt, der durch eine Differenzier- und Invertier-Schaltung 185 detektiert wird. Das Flip-Flop 212 wird darauffolgend bei T_p rückgesetzt. T_p ist die Spitze des akustischen Impulses, die dann auftritt, wenn die Beschleunigung der Kolben maximal ist. Dies tritt auf in der Schlagposition und wird als die Zeit des Schlagereignisses genommen, und der tatsächliche Augenblick der Übertragung. Während des Intervalls zwischen dem Ende von T_de und T_p leitet ein Stromschalter, vorgesehen durch ein Analoggatter 213, Strom von einer Stromquelle 186 in einen Integrator 214, der ein Analogzeitsteuerfehlersignal T_E erzeugt, welches das Zeitintervall zwischen der gewünschten Schlagereigniszeit und der tatsächlichen Schlagereigniszeit repräsentiert. Der Integrator 214 wird darauffolgend zur Zeit T&sub2; entladen, und zwar unter Verwendung eines Flip-Flop 216 und eines Schalters, der durch ein weiteres Analoggatter 217 vorgesehen ist, und zwar unmittelbar vor der Erfassung einer Messung des Fehlersignals T_E.

Der Analogamplitudensteuerbefehl A&sub0; wird an einen Differenzverstärker 215 mit dem gemessenen Amplituden-A_p-Pegel angelegt. Die Differenzausgangsgröße (A_c-A_p ) vom Verstärker 215 ist ein Amplitudenfehlersignal A_E.

Die gemessenen Ausgangsgrößen T_p und A_p werden im Detektorabschnitt 230 abgeleitet. Das Signal des Wandlers 202 wird in einer Differenzierschaltung 231 differenziert. Eine Null- Ableitung, die beim übertragenen Spitzendruck auftritt, wird gemessen durch Vergleich des differenzierten Signals mit einem Null-Bezugspegel (Erde) in einem Komparator 232 zur Zeit T_p. Gleichzeitig tastet eine Sample- und Hold-(Tast- und Halte-) Schaltung 234 das Drucksignal in diesem gleichen Augenblick und erzeugt eine Analogrepräsentation A_p des durch die Quelle übertragenen Spitzendrucks.

Der Steuersignalerzeugungsabschnitt 220 enthält eine Folge von veränderbaren Zeitverzögerungs-(VTD-)Schaltungen, wie beispielsweise gesteuerte OS 221, OS 222 und OS 223 sowie weitere OS-Schaltungen 227 und 228. Diese OS-Schaltungen werden jeweils durch die abfallenden und nacheilenden Flanken der Impulse von ihren vorausgehenden OS-Schaltungen getriggert, und zwar durch Differenzier- und Invertier-Schaltungen 187 bis 190. Eine weitere Differenzier- und Invertier-Schaltung 191 in der Folge erzeugt das letzte Zeitsteuersignal zur Zeit T&sub6;. Die Sequenz beginnt mit dem Übertragungsbefehl T&sub0;, der VTD 221 triggert. Die Verzögerungszeit von VTD 221 (T&sub1;-T&sub0;) wird durch das Zeitsteuerfehlersignal T_E derart eingestellt, daß später im Zyklus die Quelle genau zur gewünschten Zeit überträgt. Beim Abschluß dieses Intervalls (T&sub1;-T&sub0;) wird der Pilotventilbefehl an S_R (Position 180 in Fig. 5) zur Zeit T&sub1; ausgegeben, und der Sender beginnt seinen Übertragungszyklus.

Das T&sub1;-T&sub2;-Invervall wird durch VTD 222 erzeugt, welches durch das Amplitudenfehlersignal A_E derart eingestellt ist, daß die Quelle den Spitzendruckpegel, bestimmt durch A_c, erzeugt. Die Änderung dieses Intervalls T&sub1; auf T&sub2; verändert beim Hauptventil 150 die Öffnungsgröße der Rücklauföffnung 173, was den Druck in und den Fluß aus der Kammer 120 (vgl. Fig. 8d) steuert, und auch die Nettodruckströmungsmittelkräfte an den Kolben 12 und 14 während der Abfallzeit. Die Verlängerung des Intervalls T&sub1; auf T&sub2; bewirkt einen intensiveren Übertragungsdruckimpuls.

Zur Zeit T&sub2; wird das Pilotventil 151 zur S_N-Mittelposition zurückgebracht, was den Kolben 152 des Hauptventils 150 an der Position hält, die durch die Pilotventilschaltzeit T&sub1; bis T&sub2; eingestellt ist, und zwar durch die Abfallzeit (vgl. Fig. 8a und 8b). Nach einem Intervall T&sub2; bis T&sub3;, welches etwas kleiner ist als die tatsächliche Abfallzeit, wird ein Steuersignal zur Zeit T&sub3; entwickelt. Dieses Signal befiehlt dem Pilotventil 151S_S (Position 179) zu liefern. Das Hauptventil 150 folgt mit seiner Schwenkrate. Die Verzögerungszeit des VTD 223 wird derart gesteuert, daß das Zeitsteuersignal zur Zeit T&sub3; erzeugt wird, und zwar zu einer solchen Zeit vor T_p, daß das Hauptventil durch seine Mittelposition S_N läuft, und zwar genau bei T_p (vgl. Fig. 8b und 8c). Ein Flip-Flop 224 wird dann gesetzt, wenn dem Pilotventil 151 befohlen wird, S_S (Position 179) zu liefern, und die Rückstellung erfolgt zur festgestellten Übertragungszeit T_p, wenn der Pegel vom Inverter 233 ins Positive geht. Ein Analoggatter 225 sieht eine Stromschaltung vor und lädt einen Integrator 226 aus einer Stromquelle 192 auf und entwickelt ein Analogfehlersignal T_pe proportional zum Zeitintervall zwischen dem Pilotventilbefehl zur Zeit T&sub3; und dem Übertragungsimpuls zur Zeit T_p. Dieses Fehlersignal wird verwendet, um die Verzögerungszeit von VTD 223 derart einzustellen, daß der Ventilbefehl T&sub3; dem Druckimpuls durch das richtige Zeitintervall voranschreitet. Der Integrator 226 wird zur Zeit T&sub2; durch ein Flip-Flop 227 und ein Analoggatter 228 rückgestellt, welches als ein Schalter wirkt, um für eine Fehlermessung vorbereitet zu sein.

Nach dem Schlagereignis zur Zeit T_p laufen die Kolben zurück und bewegen sich nach außen zur Außenposition hin gegen die durch die inneren Enden der Naben 46 und 48 und die Schultern 148 und 149 (Fig. 1) gebildeten Anschläge. Die Dauer dieses Auswärtsbewegungsteils des Zyklus wird gesteuert und minimiert durch die Einführung von Hydraulikdruck mit der Versorgung, um hydraulische Nettokräfte vorzusehen, um die Kolben nach außen von der innengelegenen Schlagposition zu beschleunigen und um sodann die Kolben im äußeren Teil ihrer Bahn derart zu verzögern, daß die Kolben die äußere Position mit annähernd der Geschwindigkeit Null erreichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich die hydraulischen Nettokräfte in der Auswärtsrichtung zu Beginn des Auswärtsteils der Bahn für eine Zeitperiode, die kürzer ist als die Periode oder Dauer der Auswärtsbewegung. Diese Zeitperiode wird derart eingestellt, daß die Kolben die Außenposition an den Anschlägen dann erreichen, wenn sie sich im wesentlichen auf der Geschwindigkeit Null befinden. Übergangserscheinungen im akustischen Impuls, wie beispeilsweise ungewollte Signale infolge von Vibrationen der Kolben oder infolge von Klingen des Traggebildes, werden dadurch vermieden. Die Zeitperiode, wo die hydraulischen Nettokräfte in der Auswärtsrichtung erzeugt werden, wird erhalten mittels der OS-Schaltungen 227 und 228. Diese OS-Schaltungen sind voreingestellt, um die gewünschte Energieübertragung und Wiedergewinnung in den Intervallen T&sub3;-T&sub5; bzw. T&sub5;-T&sub6; vorzusehen.

Die Signale zur Zeit T&sub5; und T&sub6; werden verwendet zum Befehl von Pilotventil auf Rücklauf S_R und sodann auf Versorgung S_S. Das Hauptventil 150 folgt wie in Fig. 8b gezeigt. Am Ende des Zyklus, nach T&sub7;, befinden sich beide Ventile 150 und 151 auf Versorgungszuständen S_S, und der Versorgungsdruck in der Kammer 120 hält die Kolben in der Außenposition gegen die Anschläge (vgl. Fig. 8d).

Im Ventilbefehlssystem 240 sind die Elektrtomagnete 176 und 178 des Pilotventils 151 gezeigt. Wenn der Elektromagnet 178 erregt ist, bewirkt er eine Bewegung zur Versorgung S_S. Der andere Elektromagnet 176 bewirkt eine Bewegung zum Rücklauf S_R bei seiner Erregung. Das Nichtvorhandensein von Signalen an dem einen oder anderen der Elektromagnete läßt das Pilotventil im Mittelzustand S_N oder der geschlossenen Position (181 in Fig. 6). Pegel werden erzeugt durch aus Flip-Flop 241 bis 244 und ODER-Gattern 245 und 246 bestehenden Logikvorrichtungen, und zwar infolge von Zeitsteuersignalen zur Zeit T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub5; und T&sub6;. Diese Pegel werden über Verstärker 247 und 248 an die Elektromagnete 176 und 178 angelegt.

Wie in Fig. 8a gezeigt, ist das Pilotventil für die Versorgung S_S offen in den Zeitintervallen T&sub3;-T&sub5; und T&sub6;-T&sub1;. Die Flip-Flops 241 und 242 werden während der Intervalle T&sub3;-T&sub5; bzw. T&sub6;-T&sub1; gesetzt. Die Q-Ausgangsgrößen dieser Flip-Flops 241 und 242 werden in ODER-Gattern 245 und 246 vereinigt und veranlassen die entsprechende Befehlssteuerung des Pilotventils durch den Verstärker 247 innerhalb dieser Intervalle. In gleicher Weise werden die Flip-Flops 243 und 244 während der Intervalle T&sub1;-T&sub2; bzw. T&sub5;-T&sub6; gesetzt und erzeugen während dieser Intervalle Befehlssignale zum Rücklauf S_R.

Die Fig. 9 und 10 zeigen zwei unterschiedliche Arten von Strahlkolben, die beide einen biegbaren Aufbau zeigen (d. h., die Kolben sind biegsame Scheiben). In Fig. 9 sind die Kolben 12a und 14a konkav und werden bei Berührung längs ihrer Umfänge gehaltert, während sie gebogen werden. In Fig. 10 sind die Kolben 12b und 14b konvex und werden beim Berühren oder unter Eingriff während des Biegens nach ihren Mitten getragen. Die Steifheit des Masse-Feder-Systems und der Quelle hängt nicht von der zusammengepreßten Luft in der Kammer 84 für den Federparameter ab. Die Steifheit des Systems wird gesteuert und linearisiert durch die Linearsteifheit der Biegekolben derart, daß die Form der akustischen Impulse durch die Steifheitscharakteristika der Kolben selbst gesteuert wird.

Die Fig. 11, 12 und 13 zeigen eine hydroakustische Impulsquelle 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der Sender 300 ist in mehreren Beziehungen ähnlich wie der Sender 10 aufgebaut, der in Verbindung mit den Fig. 1, 2 und 4 beschrieben wurde. Gleichartige Teile beider Sender 10 und 300 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Darstellung des Senders 300 in den Fig. 11 und 12 ist für die Zwecke dieser Erläuterung vereinfacht.

Der Sender ist gekennzeichnet durch zusätzliche Hydraulikmittel, welche hydraulisches Strömungsmittel mit drei unterschiedlichen Drücken anlegt, nämlich einen hohen Verriegelungs- oder Haltedruck P_L, einen Zwischendruck P_S und einen niedrigen Druck P_R. Diese Drücke können durch die gleiche oder unterschiedliche hydraulische Leistungsversorgungen geliefert werden. P_R ist der Rücklaufdruck, wohingegen P_S und P_L erhöhte Drücke sind. Der Zwischendruck P_S und der Rücklaufdruck P_R werden an die Strahlkolben 12 und 14 unter Verwendung eines Hydraulikkreises angelegt, der das Hauptventil 150, das hydraulische Speiserohr 136, die Galerie 132 und das Öffnungsloch 134 aufweist.

Die Kammer 120 empfängt unter Druck stehende Strömungsmittel mit den Drücken P_S oder P_R, die durch das Ventil 150 geschaltet werden. Der Verriegelungsdruck P_L wird in die Kammer 120 über einen hydraulischen Kreis mit niedriger Leistung eingeführt, der einen Durchlaß 302 besitzt, welcher durch eine schmale Zumeßöffnung 304 eingeschränkt ist. Die Zumeßöffnung ist mit der Umfangsnut in der Axialbohrung 96 der Nabe 46 verbunden, die eine Galerie 306 bildet. Die Galerie 306 ist nach außen gegenüber der Galerie 132 mit Abstand angeordnet, durch welche das Hydraulikströmungsmittel bei den Drücken P_S und P_R in die Kammer 120 fließen kann. Nur dann, wenn sich die Strahlkolben 12 und 14 an ihren äußeren Positionen, wie in Fig. 12 gezeigt, befinden, kann das hydraulische Strömungsmittel auf dem Verriegelungsdruck P_L in die Kammer 120 fließen, und zwar über das Öffnungsloch 134. Wenn sich die Strahlkolben in ihrer Außenposition befinden, so befindet sich das Hauptventil 150 in der Null- oder Mittelposition, wobei die Öffnungen 173 und 175 zu den Rücklauf- und Versorgungsleitungen geschlossen sind. Das einzige Flußerfordernis des Hochdruckverriegelungskreises besteht darin, das Leck durch das Hauptventil 150 bei der Null-Position zu überwinden, was in Fig. 12 gezeigt ist. Der Fluß wird ferner durch die Einschränkzumeßöffnung 304 beschränkt. Demgemäß wird nur eine niedrige hydraulische Leistung von dem Verriegelungskreis benötigt. Das hydraulische Strömungsmittel auf dem Verriegelungsdruck P_L kann kontinuierlich an den Durchlaß 302 angelegt werden.

Die Arbeitsweise des Senders 300 wird aus einer Betrachtung der Fig. 13 klarer. Es sei angenommen, daß sich die Strahlkolben 12 und 14 anfangs in ihrer Außenposition, wie in Fig. 12 gezeigt, befinden. Der Verriegelungsdruck P_L ist dann in der Kammer 120 vorhanden und die Hydraulikkräfte infolge des Verriegelungsdrucks sind an die Stange 118 angelegt und reichen aus, um die Kolben 12 und 14 in ihrer äußeren Position zu halten, und zwar gegenüber dem Druck des Meereswassers. Ungefähr zur Zeit T_a veranlaßt der Befehl zur Erzeugung eines akustischen Impulses das Pilotventil 151 (vgl. Fig. 6), Betriebsdrücke an die Steuerkammern 162 und 164 des Hauptventils 150 anzulegen, die das Ventil nach links von der in Fig. 12 gezeigten Null-Stellung weg verschieben. Die Ventilposition während des Betriebszyklus ist in Fig. 13c dargestellt. Die Rücklauföffnung 173 kann, wie in Verbindung mit Fig. 6 und 7 beschrieben, gesteuert werden, um die Amplitude des sich ergebenden akustischen Impulses zu steuern, und zwar durch Veränderung des Druckes P_R fin der Kammer 120. Die Veränderung im Rücklaufdruck wird in Fig. 13a durch die gestrichelte Linie 308 angegeben.

Während des Intervalls T_a-T_p laufen die Strahlkolben 12 und 14 schnell aufeinander zu in die Schlagposition gemäß Fig. 11. Der akustische Impuls wird mit seiner Maximalamplitude zur Zeit T_p erzeugt. Die Kolben erreichen ebenfalls die Geschwindigkeit Null bei T_p. Die Zeit T_p wird wie in Verbindung mit Fig. 7 erläutert detektiert, und der Kolben des Hauptventils wird nach rechts verschoben. Die Versorgungsöffnung 175 öffnet sich, und die Rücklauföffnung 173 schließt sich; somit wird der Druck in Kammer 120 von P_R auf P_S umgeschaltet, wenn die Kolben sich in der Nähe ihrer inneren Position befinden, wodurch der Kolbenrücklauf unterstützt wird. Der Druck P_S wird bis zur Zeit T_c aufrechterhalten, wenn die Strahlkolben 12 und 14 ihre Außenposition erreichen. Zur Zeit T_c kehrt der Kolben 152 des Hauptventils in die Null-Position zurück, und der Verriegelungsdruck P_L übernimmt und hält die Kolben 12 und 14 in ihrer Außenposition. Der Druck P_S reicht aus, um die Energie während des Rücklaufs der Kolben zu deren Außenposition zu liefern, so daß die Kolben ihre Außenposition zur Zeit T_c mit der Geschwindigkeit von annähernd Null erreichen. Der Druck P_S ist niedriger als der Verriegelungsdruck P_L und wäre allein nicht ausreichend, um die Strahlkolben 12 und 14 in ihrer Außenposition zu halten. Bei Nichtvorhandensein eines Verriegelungsdrucks P_L zur Zeit T_c würden die Kolben nach innen zurückfallen längs der gestrichelten Bahnlinie 500 in Fig. 13b.

Der Druck P_S reicht jedoch aus, um die Strahlkolben in ihrer Außenposition mit annähernd der Geschwindigkeit Null zu bringen. Wenn demgemäß die Schultern 148 und 149 das innere Ende der Naben 46 und 48 erreichen, die die Auswärtsbewegung der Strahlungskolben 12 und 14 begrenzen, so erfolgt der Eingriff mit annähernd der Geschwindigkeit Null, so daß keine Übergangsvorgänge erzeugt werden bei der Erzeugung des akustischen Impulses, wie das der Fall wäre, wenn ein Druck angelegt würde, der ausreichen würde, um die Kolben in der Außenposition zu halten, und zwar während des gesamten Rücklaufs oder Rückführungsteils des Zyklus (d. h. von T_p bis T_c ). Das Springen der Strahlkolben beim Erreichen ihrer Außenposition und die daraus folgenden unerwünschten Übergangsvorgänge in der akustischen Impulswellenform werden dadurch eliminiert. Der hohe Verriegelungsdruck kann beispielsweise ungefähr das Doppelte des Zwischendrucks P_S sein. Im Falle eines Senders mit Strahlungskolben von annähernd drei Fuß Durchmesser kann der Druck P_L 2600 psi betragen und der Zwischendruck P_S kann 1200 psi betragen. Diese Drücke können entsprechend der Konstruktion des Senders variiert werden, um unterschiedliche Abmessungen bei den Strahlungskolben, der Welle 90 und der Stange 118 zu berücksichtigen.

Bei dem Sender 300 der Fig. 11 bis 13 erfolgt das Umschalten der Drücke in der Kammer 120 stets dann, wenn die Kolben 12 und 14 die Geschwindigkeit Null haben. Infolgedessen wird die Kavitation in den Ventilzonen vermieden. Beim Starten des Senders kann ein Spanndruck über ein Startventil (nicht gezeigt) angelegt werden, welches mit dem Speiserohr 136 verbunden ist. Alternativ kann Hochdruckgas in die Kammer 84 zwischen die Kolben 12 und 14 zum Zwecke von deren Trennung gedrückt werden. Dieses Gas wird sodann ausgestoßen, so daß ein niedriger Druck oder ein Partialvakuum innerhalb der Kammer 34 existiert, bevor die Übertragung einer Sequenz akustischer Impulse erfolgt.

Eine hydroakustische Impulsquelle 400 gemäß den Fig. 14 bis 17 hat den Vorteil der Eliminierung eines gesonderten hydraulischen Kreises zum Anlegen des hydraulischen Strömungsmittels mit dem Verriegelungsdruck P_L an die Kammer 120. Der Sender 400 verwendet ein Dreidruckwählhauptventil 402. Im übrigen ist der Sender 400 in gleicher Weise wie der Sender 10 aufgebaut, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 4 beschrieben wurde, so daß gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Das Ventil 402 besitzt einen Schieber oder Kolben 404 mit vier Stegen und 3 Nuten. Die Stege und Nut auf der linken Seite des Kolbens 402 schalten den Verriegelungsdruck P_L zum Speiserohr 136 über einen Durchlaß 406. Der dritte Steg von links definiert die Öffnungen 173 und 175, die den Druck zwischen P_S und P_R umschalten. Das Ventil 402 wird betätigt und nach links oder rechts verschoben durch die Steuerdrücke, die über das Pilotventil 151 (Fig. 5) geschaltet werden, und zwar zu den Kammern 162 und 164.

Die Arbeitsweise des Senders 400 kann unter Bezugnahme auf Fig. 18 verstanden werden. Beim Starten (d. h., bevor die Betriebsdrücke an den Sender angelegt werden) befinden sich die Strahlkolben 12 und 14 in ihrer Innenposition, wie in Fig. 14 gezeigt. Sodann wird das Pilotventil 151 betätigt, um den Kolben 404 des Ventils 402 nach rechts (vgl. Fig. 15 und 18a) zu verschieben, und der Verriegelungsdruck P_L wird in die Kammer 120 eingelassen. Die Kolben 14 und 12 bewegen sich dann nach außen entgegen dem Meereswasserdruck zur Position gemäß Fig. 15. Der Sender befindet sich nunmehr in der Position zum Beginn der Übertragung einer Sequenz von Impulsen.

Zur Zeit T_a hat der Befehl, den ersten Impuls zu übertragen, die Folge, daß der Kolben 404 nach links verschoben wird. Der Durchlaß 406 wird geschlossen, und die Rücklaufdruckleitung wird mit dem Speiserohr 136 durch die Rücklauföffnung 175 (vgl. Fig. 16) verbunden. Die Kolben 12 und 14 laufen dann schnell nach innen aufeinander zu und kommen an der Schlagposition zur Zeit T_p an. Der akustische Impuls hat seine Maximalamplitude bei T_p. Diese Amplitude wird detektiert und zur Steuerung des Ventilmechanismus verwendet. Der Kolben 404 wird nach rechts verschoben während des Intervalls, wenn die Kolbengeschwindigkeit nahe Null ist, wodurch die Öffnung 173 geöffnet und die Öffnung 175 geschlossen wird. Der Durchlaß 406 verbleibt geschlossen, und der Druck wird von P_R auf P_S geschaltet. Während die Kolben 12 und 14, wie in Fig. 17 gezeigt, zurücklaufen, wirkt der Zwischendruck in der Kammer 120 unterstützend beim Antrieb der Kolben in ihre äußere Position (vgl. Fig. 18b). Die Kolben kommen in ihrer äußeren Position zur Zeit T_c an, und zwar mit der Geschwindigkeit Null (vgl. Fig. 18c). Das Aufprallen gegen die Anschläge, wo die Schultern 148 und 149 auf Kopf 46 und 48 treffen, wird daher vermieden, und Übergangsvorgänge in der akustischen Impulsfolge werden eliminiert. Zur Zeit T_c wird der Kolben 404 weiter nach rechts verschoben (vgl. Fig. 15). Der Durchlaß 406 ist dann geöffnet, so daß das hydraulische Strömungsmittel auf P_L in das Speiserohr 136 eingelassen wird, um so die Kolben 12 und 14 in ihrer Außenposition zu halten. Die Versorgungs- und Rücklaufleitungen zu P_S und P_R werden geschlossen (die Öffnungen 173 und 175 befinden sich im Schließzustand). Der Zyklus wiederholt sich, wenn ein Befehl zur Übertragung des nächsten akustischen Impulses empfangen wird. In den durch die Fig. 13 und 18 repräsentierten Zyklen tritt im Gegensatz zum Zyklus der Fig. 8 das Schalten des Hauptventils zwischen Versorgungs- und Rücklaufdrücken auf, wenn die Geschwindigkeit der Kolben 12 und 14 niedrig ist. Die niedrige Geschwindigkeit der Kolben entspricht der niedrigen Flußgeschwindigkeit durch die Versorgungs- und Rücklauföffnungen 173 und 175 und somit in einem niedrigen Leistungsverlust in der diesen Öffnungen entsprechenden Zumeßöffnung. Der Zyklus der Fig. 8, das Schalten zwischen Versorgung und Rücklauf zur Zeit T&sub5; kann auftreten, wenn die Kolbengeschwindigkeit noch immer merklich ist. Die Vorrichtungen der Fig. 11 und 14 können dort vorteilhaft sein, wo ein höherer Wirkungsgrad des Betriebes erwünscht ist als bei einer Vorrichtung der Fig. 1 (auf Kosten einer etwas größeren mechanischen und hydraulischen Komplexität).

Fig. 19 zeigt den Zyklus, wo das Schalten der Drücke im Hohlraum 120 nicht am Schlagpunkt T_p auftritt, sondern bei anderen Null-Geschwindigkeitszeiten im Zyklus, wo die Änderungsrate der Geschwindigkeit in der Nähe des Schaltpunktes nicht so hoch ist wie bei T_p. Der Aufbau kann der gleiche wie bei den Fig. 1 bis 4 sein. Die Befehle zum Pilotventil können erzeugt werden nach dem Übertragungsbefehl durch ein System der Konstruktion, wie sie oben in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben wurde. Zur Zeit T_a bewirkt der Befehl zum Rücklauf abrupt die Verschiebung des Hauptventils zur Position S_R. Die Rücklauföffnung 175 darf nicht vollständig (100%) geöffnet sein, um den Fluß durch das Hauptventil 150 zu steuern, um dadurch die Amplitude des akustischen Impulses zu steuern.

Die Kolben 12 und 14 beschleunigen sich nach innen von der Außenposition und laufen vom Federsystem zurück (beispielsweise die Kolbenmasse und die zusammengepreßte Luft in der Kammer 84 zwischen den Kolben). Zur Zeit T_p erreicht der akustische Impuls seine Maximalamplitude, und die Kolben befinden sich auf der inneren Schlagposition und erreichen die Geschwindigkeit Null (vgl. die Fig. 19b), haben aber hohe Beschleunigung. Die Kolben laufen vom Federsystem zurück. Da der Druck im Hohlraum 120 sich dann auf Rücklauf befindet, erfolgen die hydraulischen Nettokräfte in der nach innen gerichteten Richtung. Wenn die nach außen gerichtete Kraft an den Kolben infolge des zusammengedrückten Gases in der Kammer 84 kleiner wird als die nach innen gerichteten hydraulischen Nettokräfte an den Kolben, so verzögern sich die Kolben. Nach Vollendung des Rücklaufs erreichen die Kolben wiederum die Geschwindigkeit Null. Dies tritt zwischen dem Außenteil der in Fig. 19b gezeigten Bahn auf. Sodann und zur Zeit T_c verschiebt ein Befehl zum Pilotventil 151 sehr schnell dieses in die Position S_S und dann zurück zu S_N. Dies hat in der Versorgungsöffnung 173 des Hauptventils 150 zur Folge, daß es gerade geringfügig geöffnet wird (vgl. Fig. 19a).

Der Druck in der Kammer 12 steigt langsam, wie in Fig. 19c, an, um eine nach außen gerichtete Nettokraft an den Kolben 12 und 14 von ungefähr Null zu erzeugen; die Kraft des umgebenden Meereswassers und die Kraft der Luft in der Kammer 84 gleichen die hydraulische Kraft an der Stange 118 (vgl. Fig. 1) gerade aus. Der Fluß in die Kammer 120 wird dann widerstandsgesteuert durch den hohen Widerstand in der Versorgungsöffnung. Die Kolben 12 und 14 bewegen sich voneinander weg ohne Beschleunigung, bis sie die Außenposition zur Zeit T an den Anschlägen 148 und 149 erreichen. Der Druck in der Kammer 120 befindet sich dann auf P_S (vgl. Fig. 19c). Die Form des akustischen Impulses ist in Fig. 19d gezeigt. Es gibt keine signifikanten akustischen Übergangsvorgänge, da die Kolbengeschwindigkeit annähernd Null ist, wenn die Kolben sich der Außenposition nähern.

Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß verbesserte Signalsender für seismische Signale geschaffen wurden. Diese Sender sind in der Lage, Sequenzen von Impulsen zu erzeugen, wobei die Impulse in schneller Aufeinanderfolge erzeugt werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit einen Sender 10 vor, der in der Lage ist, akustische Signale unter Wasser mit hohen Zyklusraten zu erzeugen, so daß die seismischen Signale eine gesteuerte Amplitude und Spektralform in genau zeitgesteuerten Invervallen aufweisen, was für geophysikalische Meeresuntersuchungen zweckmäßig ist. Der Sender 10 besitzt dabei ein Paar von Strahlkolben 12, 14, die gleitend innerhalb einer zylindrischen Hülse 40 angeordnet sind, welch letztere Radialträger 44, 46 aufweist. Axialwellen 90, 92 erstrecken sich nach außen von den Kolben 12, 14 und tragen die Kolben 12, 14 in den Trägern 44, 46. Die Kolben 12, 14 und die Hülse 40 definieren eine erste Kammer 84 zwischen den Kolben 12, 14, die unter statischen Bedingungen ein Niederdruckgas enthält. Die Welle 90 an mindestens einem Kolben 12 erstreckt sich in eine zweite Kammer 120 der Nabe von Träger 46. Unter Druck stehendes hydraulisches Strömungsmittel, angelegt an Kammer 120 über Ventil 150, bewirkt, daß die Kolben 12, 14 Zyklen ausführen, in denen sie zuerst rückgesetzt werden, sodann zur Bewegung aufeinander zu in eine Schlagposition freigegeben werden, und zwar infolge des hydrostatischen Umgebungsdrucks. Nach dem Schlagereignis laufen die Kolben voneinander weg infolge des Massefedersystems, definiert durch die Kolben 12, 14 und das zusammengepreßte Gas der ersten Kammer 84. Das Federmassesystem dient als ein Dämpfer für den Schlag und die Form des akustischen Signals. Ein Steuersystem 202, 231, 232 spricht auf das akustische Signal an, detektiert den Schlag der Kolben und erzeugt die präzise Kontrolle der Zeitsteuerung und Dauer jedes Betriebszyklus derart, daß akustische Signale mit einer gewünschten Amplitude und Wiederholrate erzeugt werden. Nach dem Schlagereignis werden die Kolben nach außen für den nächsten Zyklus zurückgesetzt. Hohe Zyklusraten sind möglich, weil keine unerwünschten akustischen Übergangsvorgänge auftreten.