Sunet ecou - Echo sounding

Ilustrație a sunetului ecoului utilizând un ecosounder multibeam .

Echo sounding este un tip de sonar folosit pentru a determina adâncimea apei prin transmiterea undelor acustice în apă. Se înregistrează intervalul de timp dintre emisie și revenirea unui impuls, care este utilizat pentru a determina adâncimea apei împreună cu viteza sunetului în apă în acel moment. Aceste informații sunt apoi utilizate în mod obișnuit în scopuri de navigație sau pentru a obține adâncimi în scopuri de cartografiere . Sonda ecologică se poate referi și la „sonde ecologice” hidroacustice definite ca sunet activ în apă (sonar) folosit pentru studierea peștilor. Evaluările hidroacustice au utilizat în mod tradițional sondaje mobile de la bărci pentru a evalua distribuția spațială și biomasa peștilor. În schimb, tehnicile de localizare fixă ​​utilizează traductoare staționare pentru a monitoriza peștii care trec.

Cuvântul sunet este utilizat pentru toate tipurile de măsurători ale adâncimii, inclusiv cele care nu folosesc sunetul , și nu are legătură în origine cu cuvântul sunet în sensul zgomotului sau al tonurilor. Echo sounding este o metodă mai rapidă de măsurare a adâncimii decât tehnica anterioară de coborâre a unei linii de sunet până când atingea fundul.

Tehnică

Diagrama care arată principiul de bază al sunetului ecoului

Distanța se măsoară înmulțind jumătate din timp de la impulsul de ieșire al semnalului la revenirea acestuia cu viteza sunetului în apă , care este de aproximativ 1,5 kilometri pe secundă [T ÷ 2 × (4700 picioare pe secundă sau 1,5 kil pe secundă)] Pentru aplicații precise de ecou, ​​cum ar fi hidrografia , viteza sunetului trebuie, de asemenea, măsurată de obicei prin desfășurarea unei sonde de viteză a sunetului în apă. Econizarea este efectiv o aplicație specială a sonarului utilizat pentru localizarea fundului. Deoarece o unitate tradițională pre- SI de adâncime a apei a fost brațul , un instrument utilizat pentru determinarea adâncimii apei este uneori numit o sondă . Primul analizor practic a fost inventat de Herbert Grove Dorsey și brevetat în 1928.

Cele mai multe adâncimi ale oceanului sunt utilizate cu o viteză de sunet medie sau standard. Acolo unde este necesară o precizie mai mare, se pot aplica standarde medii și chiar sezoniere regiunilor oceanice. Pentru adâncimi de precizie ridicată, de obicei limitate la scopuri speciale sau cercetări științifice, un senzor poate fi coborât pentru a măsura temperatura, presiunea și salinitatea. Acești factori sunt utilizați pentru a calcula viteza efectivă a sunetului în coloana de apă locală. Această din urmă tehnică este utilizată în mod regulat de US Office of Coast Survey pentru inspecții de navigație ale apelor de coastă ale SUA. A se vedea Manualul de proceduri pe teren NOAA, site-ul web Office of Coast Survey ( http://www.nauticalcharts.noaa.gov/hsd/fpm/fpm.htm ).

Uz comun

Pe lângă un ajutor pentru navigație (majoritatea navelor mai mari vor avea cel puțin o sondă de adâncime simplă), sunetul ecoului este utilizat în mod obișnuit pentru pescuit . Variațiile altitudinii reprezintă adesea locuri în care se adună peștii. Școlile de pești se vor înscrie, de asemenea. Un fishfinder este un dispozitiv de sunet ecou folosit atât de pescarii recreaționali, cât și de cei comerciali.

Hidrografie

În zonele în care este necesară o batimetrie detaliată, se poate utiliza un sondor de ecou precis pentru lucrările de hidrografie. Există multe considerații la evaluarea unui astfel de sistem, fără a se limita la precizia verticală, rezoluția, lățimea acustică a fasciculului fasciculului de transmisie / recepție și frecvența acustică a traductorului .

Un exemplu de ecosounder de precizie cu dublă frecvență, Teledyne Odom MkIII

Majoritatea ecosounderelor hidrografice sunt cu frecvență dublă, ceea ce înseamnă că un impuls de frecvență joasă (de obicei în jur de 24 kHz) poate fi transmis în același timp cu un impuls de înaltă frecvență (de obicei în jur de 200 kHz). Deoarece cele două frecvențe sunt discrete, cele două semnale de retur nu interferează de obicei unul cu celălalt. Există multe avantaje ale ecouării cu două frecvențe, inclusiv capacitatea de a identifica un strat de vegetație sau un strat de noroi moale deasupra unui strat de rocă.

O captură de ecran a diferenței dintre ecograme cu frecvență simplă și duală

Majoritatea operațiilor hidrografice utilizează un traductor de 200 kHz, care este potrivit pentru lucrări de pe țărm până la 100 de metri adâncime. Apa mai adâncă necesită un traductor de frecvență mai mică, deoarece semnalul acustic al frecvențelor mai mici este mai puțin susceptibil de atenuare în coloana de apă. Frecvențele utilizate în mod obișnuit pentru sondarea în adâncime sunt 33 kHz și 24 kHz.

Lățimea fasciculului traductorului este, de asemenea, o considerație pentru hidrograf, deoarece pentru a obține cea mai bună rezoluție a datelor colectate este preferabilă o lățime îngustă a fasciculului. Cu cât frecvența de funcționare este mai mare, cu atât lățimea fasciculului este mai mică. Prin urmare, este deosebit de important atunci când sună în apă adâncă, deoarece amprenta rezultată a pulsului acustic poate fi foarte mare odată ce ajunge pe fundul mării îndepărtat.

Un ecosounder multispectral multibeam este o extensie a unui ecosounder cu frecvență verticală cu dublă frecvență, prin care se măsoară două sondaje direct sub sonar la două frecvențe diferite; măsoară sonde multiple la frecvențe multiple, la unghiuri de pășunat diferite și la mai multe locații diferite pe fundul mării. Aceste sisteme sunt detaliate în continuare în secțiunea numită ecosounder multibeam .

Ecofonoarele sunt utilizate în aplicații de laborator pentru a monitoriza transportul sedimentelor, procesele de curățare și eroziune în modele la scară (modele hidraulice, caneluri etc.). Acestea pot fi folosite și pentru a crea parcele de contururi 3D.

Standarde pentru sondarea hidrografică a ecoului

Precizia și acuratețea solicitate a sondei ecologice hidrografice sunt definite de cerințele Organizației Hidrografice Internaționale (IHO) pentru anchetele care urmează să fie efectuate conform standardelor IHO. Aceste valori sunt cuprinse în publicația IHO S44.

Pentru a îndeplini aceste standarde, topograful trebuie să ia în considerare nu numai acuratețea verticală și orizontală a sondei de ecou și a traductorului, ci și a sistemului de supraveghere în ansamblu. Se poate utiliza un senzor de mișcare, în special componenta de ridicare (în ecou sonor cu un singur fascicul) pentru a reduce sondele pentru mișcarea vasului experimentată la suprafața apei. Odată stabilite toate incertitudinile fiecărui senzor, hidrograful va crea un buget de incertitudine pentru a determina dacă sistemul de inspecție îndeplinește cerințele stabilite de IHO.

Diferite organizații hidrografice vor avea propriul set de proceduri și manuale de teren pentru a-și ghida topografii să îndeplinească standardele cerute. Două exemple sunt publicația EM110-2-1003 a Corpului de Ingineri al Armatei SUA și „Manualul de proceduri pe teren” al NOAA.

Istorie

Inventatorul german Alexander Behm a primit brevetul german nr. 282009 pentru invenția sondei ecologice (dispozitiv pentru măsurarea adâncimilor mării și a distanțelor și direcțiilor navelor sau obstacolelor prin intermediul undelor sonore reflectate) la 22 iulie 1913.

Una dintre primele unități comerciale de sunet de ecou a fost Fessenden Fathometer, care a folosit oscilatorul Fessenden pentru a genera unde sonore. Aceasta a fost instalată pentru prima dată de către Submarine Signal Company în 1924 pe linia M&M SS Berkshire.

Vezi si

Referințe

linkuri externe

Medii legate de sunetul Echo la Wikimedia Commons