Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Иллюстрация эхолота с использованием многолучевого эхолота .

Эхолот - это тип сонара, который используется для определения глубины воды путем передачи акустических волн в воду. Регистрируется временной интервал между излучением и возвратом импульса, который используется для определения глубины воды вместе со скоростью звука в воде в данный момент. Эта информация затем обычно используется для целей навигации или для получения глубины для построения графиков. Эхолот может также относиться к гидроакустическим «эхолотам», определяемым как активный звук в воде (сонар), используемый для изучения рыб. При гидроакустических оценках для оценки биомассы и пространственного распределения рыбы традиционно использовались мобильные съемки с лодок. И наоборот, в методах фиксированного местоположения используются стационарные датчики для отслеживания проходящей рыбы.

Слово « звучание» используется для всех типов измерений глубины, включая те, которые не используют звук , и не связано по происхождению со словом « звук» в смысле шума или тонов. Эхо-зондирование - это более быстрый метод измерения глубины, чем предыдущий метод опускания промысловой линии до тех пор, пока она не коснется дна.

Техника [ править ]

Схема, показывающая основной принцип эхолокации

Расстояние измеряется путем умножения половины времени от исходящего импульса сигнала до его возврата на скорость звука в воде , которая составляет примерно 1,5 километра в секунду [T ÷ 2 × (4700 футов в секунду или 1,5 килограмма в секунду)]. Для точных приложений эхолокации, таких как гидрография , скорость звука также должна измеряться, как правило, путем погружения зонда скорости звука в воду. Эхолот - это, по сути, специальное приложение сонара, используемое для определения дна. Поскольку традиционной единицей измерения глубины до системы СИ была сажень , инструмент, используемый для определения глубины воды, иногда называют фатометром.. Первый практичный жиромер был изобретен Гербертом Гроувом Дорси и запатентован в 1928 году [1].

На большинстве карт глубин океана используется средняя или стандартная скорость звука. Если требуется более высокая точность, к регионам океана могут применяться средние и даже сезонные стандарты. Для глубин с высокой точностью, обычно ограничиваемых специальными или научными исследованиями, датчик может быть опущен для измерения температуры, давления и солености. Эти коэффициенты используются для расчета фактической скорости звука в местной толще воды. Последний метод регулярно используется Управлением береговой службы США для навигационных исследований прибрежных вод США. См. Руководство NOAA по полевым процедурам, веб-сайт Управления береговой службы ( http://www.nauticalcharts.noaa.gov/hsd/fpm/fpm.htm ).

Обычное использование [ править ]

Помимо помощи в навигации (на большинстве крупных судов будет хотя бы простой эхолот), эхолот обычно используется для рыбной ловли . Перепады высоты часто представляют собой места скопления рыб. Также будут зарегистрированы косяки рыб. [2] эхолота представляет собой устройство эхо - сигнала зондирования используется как для отдыха и коммерческих рыбаков.

Гидрография [ править ]

В районах, где требуется подробная батиметрия , для гидрографических работ можно использовать точный эхолот. Есть много соображений при оценке такой системы, не ограничиваясь вертикальной точностью, разрешение, акустической ширину луча передачи / прием луча и акустической частоты от преобразователя .

Пример высокоточного двухчастотного эхолота Teledyne Odom MkIII

Большинство гидрографических эхолотов являются двухчастотными, что означает, что низкочастотный импульс (обычно около 24 кГц) может передаваться одновременно с высокочастотным импульсом (обычно около 200 кГц). Поскольку две частоты дискретны, два возвратных сигнала обычно не мешают друг другу. Есть много преимуществ двухчастотного эхолокации, в том числе возможность идентифицировать слой растительности или слой мягкой грязи поверх слоя горной породы.

Снимок экрана, показывающий разницу между одночастотными и двухчастотными эхограммами

В большинстве гидрографических работ используется датчик 200 кГц, который подходит для прибрежных работ на глубине до 100 метров. Для более глубокой воды требуется преобразователь с более низкой частотой, поскольку акустический сигнал с более низкими частотами менее подвержен затуханию в толще воды. Обычно используемые частоты для глубоководного зондирования - 33 кГц и 24 кГц.

Ширина луча преобразователя также важна для гидрографа, поскольку для получения наилучшего разрешения собранных данных предпочтительна узкая ширина луча. Чем выше рабочая частота, тем уже ширина луча. Следовательно, это особенно важно при зондировании на большой глубине, так как результирующий след акустического импульса может быть очень большим, когда он достигает дна моря.

Многоспектральный многолучевой эхолот является расширением двухчастотного вертикального лучевого эхолота в том, что он, а также измеряет два зондирования непосредственно под эхолотом на двух разных частотах; он измеряет несколько зондирований на разных частотах, под разными углами скольжения и в разных местах на морском дне. Эти системы подробно описаны в разделе, который называется многолучевым эхолотом .

Эхолоты используются в лабораторных условиях для мониторинга процессов переноса наносов, размыва и эрозии в масштабных моделях (гидравлические модели, лотки и т. Д.). Их также можно использовать для создания 3D-контуров.

Стандарты гидрографического эхолота [ править ]

Требуемая точность и точность гидрографического эхолота определяется требованиями Международной гидрографической организации (МГО) к исследованиям, которые должны проводиться в соответствии со стандартами МГО. [3] Эти значения содержатся в публикации МГО S44.

Чтобы соответствовать этим стандартам, геодезист должен учитывать не только вертикальную и горизонтальную точность эхолота и преобразователя, но и геодезическую систему в целом. Может использоваться датчик движения, в частности, компонент вертикальной качки (при однолучевом эхолотировании), чтобы уменьшить зондирование движения судна на поверхности воды. После того, как все неопределенности каждого датчика установлены, гидрограф создаст бюджет неопределенности, чтобы определить, соответствует ли система съемки требованиям, установленным IHO.

Различные гидрографические организации будут иметь свой собственный набор полевых процедур и руководств, которые помогут их геодезистам соответствовать требуемым стандартам. Двумя примерами являются публикация Инженерного корпуса армии США EM110-2-1003, [4] и «Руководство по полевым процедурам» NOAA. [5]

История [ править ]

22 июля 1913 года немецкий изобретатель Александр Бем получил немецкий патент № 282009 на изобретение эхолота (устройства для измерения глубины моря, расстояний и курсов судов или препятствий с помощью отраженных звуковых волн) [6] [7 ]. ] [8]

Одним из первых коммерческих эхолотных аппаратов был Fessenden Fathometer, в котором для генерации звуковых волн использовался генератор Фессендена . Впервые он был установлен Submarine Signal Company в 1924 году на лайнере M&M SS Berkshire. [9]

См. Также [ править ]

  • Акустическая океанография
  • Александр Бем - изобретатель
  • АНПА
  • Батиметр
  • Осциллятор Фессендена
  • Акустика для рыболовства
  • Гидроакустика
  • Гидрографические исследования
  • Сонар
  • Линия зондирования
  • Зондирования
  • Подводная акустика

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Эхо-методы / методы раннего звучания" . Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) . Центральная библиотека NOAA. 2006. В ответ на потребность в более точном устройстве регистрации глубины доктор Герберт Гроув Дорси, который позже присоединился к C&GS, разработал устройство визуальной индикации для измерения относительно коротких интервалов времени, с помощью которого можно было регистрировать мелководье и большие глубины. В 1925 году компания C&GS получила самый первый Fathometer, разработанный и построенный Submarine Signal Company.
  2. ^ "Гид по эхолотам" (на немецком языке) . Проверено 16 февраля 2017 года .
  3. ^ Международное гидрографическое бюро (февраль 2008 г.). «Стандарты МГО для гидрографических исследований» (PDF) (5-е издание). Архивировано из оригинального (PDF) 8 октября 2011 года. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала 20 июля 2011 года . Проверено 9 июня 2011 года .CS1 maint: archived copy as title (link), Публикация USACE EM 1110-2-1003.
  5. ^ [1] , Руководство по полевым процедурам NOAA.
  6. ^ Salous, Сана (2013). Измерение распространения радиоволн и моделирование каналов . Джон Вили и сыновья . п. 424. ISBN 9781118502327.
  7. ^ Xu, Guochang (2010). Науки геодезии - I: успехи и перспективы . Издательство Springer . п. 281. ISBN. 9783642117411.
  8. ^ Вернер Шнайдер. "Александр Бем - Der Erfinder des Echolots" . Проверено 9 апреля 2014 года .
  9. ^ "Усилитель Fessenden Fathometer - Компания Submarine Signal" . Архивы Subchaser . Проверено 12 апреля 2018 года .

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с звучанием эха на Викискладе?

  • Ежемесячный журнал " Популярная механика" , июль 1930 г. "Как эхо-сигналы говорят о глубине воды под кораблем" - прорисовка деталей ранних глубиномеров с использованием эхо
  • ELAC (1982) Введение в эхолокацию . Honeywell-ELAC-Nautik GmbH, Киль, 88 стр., (Pdf 27,5 МБ)