Эхо зондирование
Эхолотирование или зондирование глубины — это использование гидролокатора для определения дальности , обычно для определения глубины воды ( батиметрия ). Он предполагает передачу акустических волн в воду и регистрацию временного интервала между испусканием и возвратом импульса; Полученное время полета вместе со знанием скорости звука в воде позволяет определить расстояние между гидролокатором и целью. Эта информация затем обычно используется в целях навигации или для определения глубины для картографирования .
Эхолотирование также можно использовать для определения дальности до других целей, например, косяков рыбы . При гидроакустических оценках традиционно использовались мобильные исследования с лодок для оценки биомассы и пространственного распределения рыбы. И наоборот, методы фиксированного местоположения используют стационарные датчики для наблюдения за проходящей рыбой.
Слово «звучание» используется для всех типов измерений глубины, включая те, которые не используют звук , и по происхождению не связано со словом « звук» в смысле шума или тонов. Эхолотирование — более быстрый метод измерения глубины, чем предыдущий метод опускания троса до касания дна.
История
[ редактировать ]немецкому изобретателю Александру Бему был выдан немецкий патент № 282009 на изобретение эхолота (устройства для измерения глубины моря, расстояний и курсов кораблей или препятствий с помощью отраженных звуковых волн) . 22 июля 1913 года [1] [2] [3] Тем временем во Франции физик Поль Ланжевен (связанный с Марией Кюри ), более известный своими исследовательскими работами в области ядерной физики, был завербован лабораториями французского военно-морского флота в начале Второй мировой войны и проводил (тогда секретные) исследования активных гидролокаторов для противолодочной обороны. военное дело (с использованием пьезоэлектрического передатчика ). Его работа была разработана и реализована другими учеными и техническими специалистами, такими как Чиловски, Флориссон и Пьер Марти. Хотя полностью работоспособный эхозонд (гидролокатор) не был готов к использованию в военное время, успешные испытания как у Тулона, так и в Манше (Ланш) состоялись еще в 1920 году, и были получены французские патенты для гражданского использования. Океанографические корабли и французские суда помощи рыболовству в открытом море были оснащены записывающими гидролокаторами Langevin-Florisson и Langevin Marti еще в середине-конце 20-х годов. [4]
Одним из первых коммерческих эхолотов был Fessenden Fathometer, который использовал генератор Fessenden для генерации звуковых волн. Впервые он был установлен компанией Submarine Signal Company в 1924 году на лайнере M&M SS Berkshire. [5]
Техника
[ редактировать ]
Расстояние измеряется путем умножения половины времени от исходящего импульса сигнала до его возвращения на скорость звука в воде , которая составляет примерно 1,5 километра в секунду [T÷2×(4700 футов в секунду или 1,5 км в секунду)] Для В точных приложениях эхолотирования, таких как гидрография , скорость звука также обычно необходимо измерять путем помещения зонда скорости звука в воду . Эхолотирование – это, по сути, специальное применение гидролокатора , используемое для определения местоположения дна. Поскольку традиционной до появления системы СИ единицей глубины воды была сажень , прибор, используемый для определения глубины воды, иногда называют саженцем .
В большинстве картографированных глубин океана используется средняя или стандартная скорость звука. Там, где требуется более высокая точность, к регионам океана можно применять средние и даже сезонные стандарты. На глубинах с высокой точностью, обычно ограничивающихся специальными или научными исследованиями, датчик можно опустить 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. [6]
Типы
[ редактировать ]Одиночный луч
[ редактировать ]
Однолучевой эхолот — один из самых простых и фундаментальных типов подводных гидролокаторов. Они повсеместно распространены в мире судоходства и используются на различных морских роботизированных транспортных средствах. Он работает с помощью преобразователя, который излучает импульс через воду и слушает возвращающееся эхо. Используя эти данные, он может определить расстояние до самого сильного эха, которым может быть морское дно, бетонная конструкция или другое более крупное препятствие. [7] Эхолот — это эхолот, используемый как любительскими, так и коммерческими рыболовами.
Многолучевой
[ редактировать ]
Общее использование
[ редактировать ]Помимо вспомогательного средства навигации (большинство крупных судов имеют хотя бы простой эхолот), эхолот обычно используется для рыбной ловли . Перепады высот часто представляют собой места скопления рыбы. Стаи рыб также будут зарегистрированы. [8]
Гидрография
[ редактировать ]В районах, где требуется детальная батиметрия , для гидрографических работ можно использовать точный эхолот. При оценке такой системы необходимо учитывать множество факторов, не ограничивающихся вертикальной точностью, разрешением, шириной акустического луча передающего/приемного луча и частотой преобразователя акустической .
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 отраженных сигнала обычно не мешают друг другу. Двухчастотное эхолотирование имеет множество преимуществ, включая возможность определить слой растительности или слой мягкой грязи поверх слоя породы.
В большинстве гидрографических операций используется преобразователь с частотой 200 кГц, который подходит для прибрежных работ на глубине до 100 метров. На большей глубине требуется преобразователь более низкой частоты, поскольку акустический сигнал более низких частот менее подвержен затуханию в толще воды. Обычно используемые частоты для глубоководного зондирования — 33 кГц и 24 кГц.
Ширина луча преобразователя также имеет значение для гидрографа, поскольку для получения наилучшего разрешения собранных данных предпочтительна узкая ширина луча. Чем выше рабочая частота, тем уже ширина луча. Поэтому это особенно важно при зондировании на глубокой воде, поскольку результирующий след акустического импульса может быть очень большим, когда он достигает удаленного морского дна.
Многоспектральный многолучевой эхолот представляет собой расширение двухчастотного эхолота с вертикальным лучом, а также позволяет измерять два зондирования непосредственно под гидролокатором на двух разных частотах; он измеряет несколько зондирований на разных частотах, под разными углами обзора и в разных местах морского дна. Эти системы подробно описаны в разделе « Многолучевой эхолот» .
Эхолоты используются в лабораторных условиях для мониторинга переноса отложений, процессов размыва и эрозии в масштабных моделях (гидравлические модели, лотки и т. д.). Их также можно использовать для создания графиков 3D-контуров.
Нормативы гидрографического эхолотирования
[ редактировать ]Требуемая точность и точность гидрографического эхолота определяется требованиями Международной гидрографической организации (МГО) к исследованиям, проводимым по стандартам МГО. [9] 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. Можно использовать датчик движения, в частности компонент качки (при однолучевом эхолоте), чтобы уменьшить шумы при движении судна на поверхности воды. После того как будут установлены все неопределенности каждого датчика, гидрограф составит бюджет неопределенностей , чтобы определить, соответствует ли система съемки требованиям, установленным МГО.
Различные гидрографические организации будут иметь свой собственный набор полевых процедур и руководств, которые помогут их геодезистам соблюдать требуемые стандарты. Двумя примерами являются публикация Инженерного корпуса армии США EM110-2-1003: [10] и «Руководство по полевым процедурам» NOAA. [11]
См. также
[ редактировать ]- Акустическая океанография
- Александр Бем - изобретатель
- АНПА
- Батиметр
- Глубиномер
- Осциллятор Фессендена
- Рыболовная акустика
- Гидроакустика
- Гидрографические исследования
- Сонар
- Глубинное зондирование
- Подводная акустика
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Салус, Сана (2013). Измерение распространения радиоволн и моделирование каналов . Джон Уайли и сыновья . п. 424. ИСБН 9781118502327 .
- ^ Сюй, Гочан (2010). Науки геодезии - I: достижения и будущие направления . Издательство Спрингер . п. 281. ИСБН 9783642117411 .
- ^ Вернер Шнайдер. «Александр Бем — изобретатель эхолота» . Проверено 9 апреля 2014 г.
- ^ https://www.academia.edu/1182631/Paul_Langevin_et_la_detection_sous-marine_1914-1929._Un_phycien_acteur_de_l_innovation_industrial_et_militaire_Epistemologique_2001_
- ^ «Усилитель Fessenden Fathometer — Submarine Signal Company» . Архивы Subchaser . 20 марта 2007 года . Проверено 12 апреля 2018 г.
- ^ См. Руководство по полевым процедурам NOAA, веб-сайт Управления береговой съемки ( http://www.nauticalcharts.noaa.gov/hsd/fpm/fpm.htm. Архивировано 10 августа 2011 г. на Wayback Machine ).
- ^ «Понятное руководство для оператора подводных гидролокаторов и акустических устройств» . Синяя робототехника . Проверено 12 января 2024 г.
- ^ «Руководство для эхолотов» (на немецком языке) . Проверено 16 февраля 2017 г. .
- ^ Международное гидрографическое бюро (февраль 2008 г.). «Стандарты МГО для гидрографических исследований» (PDF) (5-е издание). Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2011 года.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «ЭМ 1110-2-1003 (01 янв 02)» . Архивировано из оригинала 20 июля 2011 года . Проверено 9 июня 2011 г. , публикация USACE EM 1110-2-1003.
- ^ [1] Архивировано 16 мая 2011 г. в Wayback Machine , Руководство по полевым процедурам NOAA.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с звучанием «Эха», на Викискладе?
- «Как эхо сообщает глубину воды под кораблем», Popular Mechanics Monthly , июль 1930 г. - рисунок деталей первых эхолотов, использующих эхо.
- ELAC (1982) Введение в эхолотирование . Honeywell-ELAC-Nautik GmbH, Киль, 88 стр. (pdf, 27,5 МБ)
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
