Ozvěna - Echo sounding

Ilustrace ozvěny znějící pomocí vícepaprskového echosounderu .

Echo sounding je typ sonaru používaného ke stanovení hloubky vody přenosem akustických vln do vody. Zaznamenává se časový interval mezi vyzařováním a návratem pulsu, který se používá k určení hloubky vody spolu s rychlostí zvuku ve vodě v daném okamžiku. Tyto informace se pak obvykle používají pro navigační účely nebo za účelem získání hloubek pro účely mapování . Echo sounding může také odkazovat na hydroakustické „echoloty“ definované jako aktivní zvuk ve vodě (sonar) sloužící ke studiu ryb. Hydroakustická hodnocení tradičně používají mobilní průzkumy z lodí k hodnocení biomasy ryb a prostorové distribuce. Naopak, techniky s pevným umístěním používají ke sledování procházejících ryb stacionární snímače.

Slovo znějící se používá pro všechny typy měření hloubky, včetně těch, které nepoužívají zvuk , a jeho původ nesouvisí se slovem zvuk ve smyslu hluku nebo tónů. Zvuky ozvěny jsou rychlejší metodou měření hloubky než předchozí technika spouštění znějící linky, dokud se nedotkne dna.

Technika

Diagram ukazující základní princip ozvěny ozvěny

Vzdálenost se měří vynásobením poloviny času od odchozího pulsu signálu po jeho návrat rychlostí zvuku ve vodě , což je přibližně 1,5 kilometru za sekundu [T ÷ 2 × (4700 stop za sekundu nebo 1,5 kil za sekundu)] Pro přesné aplikace echosoundingu, jako je hydrografie , rychlost zvuku musí být také měřena typicky nasazením sondy rychlosti zvuku do vody. Echo sounding je ve skutečnosti speciální aplikace sonaru používaná k lokalizaci dna. Protože tradiční pre- SI jednotkou hloubky vody byl sáh , nástroj používaný k určování hloubky vody se někdy nazývá fathometr . První praktický tlakoměr vynalezl Herbert Grove Dorsey a byl patentován v roce 1928.

Většina mapovaných hloubek oceánů používá průměrnou nebo standardní rychlost zvuku. Tam, kde je požadována větší přesnost, lze na oceánské oblasti aplikovat průměrné a dokonce sezónní normy. Pro vysoké hloubky přesnosti, obvykle omezené na speciální účely nebo vědecké průzkumy, může být senzor spuštěn pro měření teploty, tlaku a salinity. Tyto faktory se používají k výpočtu skutečné rychlosti zvuku v místním vodním sloupci. Tato druhá technika je pravidelně používána americkým úřadem pobřežního průzkumu pro navigační průzkumy amerických pobřežních vod. Viz příručka NOAA Field Procedures Manual, Office of Coast Survey ( http://www.nauticalcharts.noaa.gov/hsd/fpm/fpm.htm ).

Běžné použití

Kromě navigační pomůcky (většina větších plavidel bude mít alespoň jednoduchý hloubkový sirén) se k rybaření běžně používá ozvučení . Kolísání nadmořské výšky často představuje místa, kde se ryby shromažďují. Přihlásí se i hejna ryb. Fishfinder je echo znějící přístroj používán rekreační i komerčních rybářů.

Hydrografie

V oblastech, kde je vyžadována podrobná batymetrie , může být pro práci hydrografie použit přesný echolot. Existuje mnoho důvodů při hodnocení takového systému, není omezeno na vertikální přesnost, rozlišení, akustická šířkou svazku z vysílacího / přijímacího paprsku a akustické frekvence z převodníku .

Příklad přesného dvoufrekvenčního echosounderu, Teledyne Odom MkIII

Většina hydrografických echosoundů je duální frekvence, což znamená, že nízkofrekvenční puls (typicky kolem 24 kHz) lze vysílat současně s vysokofrekvenčním pulsem (typicky kolem 200 kHz). Protože jsou tyto dvě frekvence diskrétní, tyto dva zpětné signály se navzájem obvykle neruší. Dvojfrekvenční echosounding má mnoho výhod, včetně schopnosti identifikovat vegetační vrstvu nebo vrstvu měkkého bahna na vrstvě horniny.

Zachycení obrazovky rozdílu mezi jedno a dvoufrekvenčními echogramy

Většina hydrografických operací používá měnič 200 kHz, který je vhodný pro pobřežní práce až do hloubky 100 metrů. Hlubší voda vyžaduje nižší frekvenční měnič, protože akustický signál nižších frekvencí je méně citlivý na útlum ve vodním sloupci. Běžně používané frekvence pro hluboké vodní znějící jsou 33 kHz a 24 kHz.

Šířka paprsku snímače je také pro hydrografa v úvahu, protože pro získání nejlepšího rozlišení shromážděných dat je preferována úzká šířka paprsku. Čím vyšší je pracovní frekvence, tím užší je šířka paprsku. Proto je obzvláště důležité, když znějí v hluboké vodě, protože výsledná stopa akustického pulsu může být velmi velká, jakmile dosáhne vzdáleného mořského dna.

Multispektrální vícepásmový echosounder je rozšířením duálního kmitočtového echosounderu s vertikálním paprskem a také o měření dvou sond přímo pod sonarem na dvou různých frekvencích; měří více sond na více frekvencích, v několika různých úhlech pastvy a na několika různých místech na mořském dně. Tyto systémy jsou podrobně popsány dále v části nazvané multibeam echosounder .

Echoloty se používají v laboratorních aplikacích ke sledování transportu sedimentů, čisticích a erozních procesů v zmenšených modelech (hydraulické modely, žlaby atd.). Lze je také použít k vytváření grafů 3D obrysů.

Standardy pro hydrografické ozvučení

Požadovaná přesnost a přesnost hydrografického echa je definována požadavky Mezinárodní hydrografické organizace (IHO) pro průzkumy, které mají být prováděny podle standardů IHO. Tyto hodnoty jsou obsaženy v publikaci IHO S44.

Aby tyto standardy splňovaly, musí zeměměřič brát v úvahu nejen vertikální a horizontální přesnost echolotu a měniče, ale i průzkumný systém jako celek. Může být použit pohybový senzor, konkrétně zvedací komponenta (u jednopaprskového echosoundingu) ke snížení sond pro pohyb plavidla na vodní hladině. Jakmile jsou stanoveny všechny nejistoty každého senzoru, hydrograf vytvoří rozpočet nejistoty, který určí, zda systém průzkumu splňuje požadavky stanovené IHO.

Různé hydrografické organizace budou mít vlastní sadu terénních postupů a příruček, které jejich geodety povedou ke splnění požadovaných standardů. Dva příklady jsou publikace US Army Corps of Engineers EM110-2-1003 a NOAA 'Field Procedures Manual'.

Dějiny

Německý vynálezce Alexander Behm získal 22. července 1913 německý patent č. 282009 na vynález ozvěny (zařízení pro měření hloubek moře a vzdáleností a nadpisů lodí nebo překážek pomocí odražených zvukových vln) .

Jednou z prvních komerčních jednotek znějících ozvěny byl Fessenden Fathometer, který pomocí oscilátoru Fessenden generoval zvukové vlny. Toto bylo poprvé nainstalováno Submarine Signal Company v roce 1924 na M & M liner SS Berkshire.

Viz také

Reference

externí odkazy

Média související s ozvěnou znějící na Wikimedia Commons