Эхолотирование или глубинное зондирование — это использование сонара для измерения дальности , обычно для определения глубины воды ( батиметрия ). Он включает в себя передачу акустических волн в воду и запись временного интервала между излучением и возвращением импульса; полученное время полета , наряду со знанием скорости звука в воде, позволяет определить расстояние между сонаром и целью. Эта информация затем обычно используется в навигационных целях или для получения глубин для картографирования .
Эхолотирование также может использоваться для определения дальности до других целей, таких как косяки рыб . Гидроакустические оценки традиционно используют мобильные обследования с лодок для оценки биомассы рыб и пространственного распределения. Напротив, методы фиксированного местоположения используют стационарные преобразователи для мониторинга проходящей рыбы.
Слово «зондирование» 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. Эхолотирование — более быстрый метод измерения глубины, чем предыдущая техника опускания измерительного троса до тех пор, пока он не коснется дна.
Немецкий изобретатель Александр Бем получил немецкий патент № 282009 на изобретение эхолота (устройство для измерения глубины моря, а также расстояний и направлений 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 и более известный своими исследованиями в области ядерной физики ) был завербован французскими военно-морскими лабораториями в начале Второй мировой войны и проводил (тогда секретные) исследования активных гидролокаторов для противолодочной войны (с использованием пьезоэлектрического передатчика ). Его работа была разработана и внедрена другими учеными и техниками, такими как Чиловски, Флориссон и Пьер Марти. [ У этих работ нет собственных статей. Они примечательны? ] Хотя полностью рабочий эхозонд (сонары) не был готов к использованию в военное время, были проведены успешные испытания как у Тулона , так и в Ла-Манше еще в 1920 году, и французские патенты были получены для гражданского использования. Океанографические суда и французские суда помощи рыболовству в открытом море были оснащены записывающими сонарами Ланжевена-Флориссона и Ланжевена Марти еще в середине/конце 1920-х годов. [4]
Одним из первых коммерческих эхолотов был Fessenden Fathometer, который использовал генератор Fessenden для генерации звуковых волн. Впервые он был установлен Submarine Signal Company в 1924 году на лайнере M&M [ необходимо разъяснение ] SS Berkshire. [5]
Расстояние измеряется путем умножения половины времени от исходящего импульса сигнала до его возвращения на скорость звука в воде, которая составляет приблизительно 1,5 километра в секунду. Скорость звука будет немного меняться в зависимости от температуры, давления и солености; и для точных применений эхолотирования, таких как гидрография , скорость звука также должна быть измерена, как правило, путем размещения зонда скорости звука в воде. Эхолотирование является специальным применением сонара, используемым для определения дна. Поскольку исторической единицей измерения глубины воды до СИ была сажень , прибор, используемый для определения глубины воды, иногда называют эхолотом .
Большинство нанесенных на карту глубин океана основаны на средней или стандартной скорости звука. Там, где требуется большая точность, к регионам океана могут применяться средние и даже сезонные стандарты. Для высокоточных глубин, обычно ограниченных специальными или научными исследованиями, датчик может быть опущен для измерения температуры, давления и солености. Эти факторы используются для более точной оценки фактической скорости звука в местной толще воды. Этот метод часто используется Управлением береговой службы США для навигационных исследований прибрежных вод США. [6]
Однолучевой эхолот — один из самых простых и фундаментальных типов подводных сонаров. Они повсеместно распространены в мире лодок и используются на ряде различных морских роботизированных транспортных средств. Он работает, используя преобразователь для излучения импульса через воду и прослушивания возвращающихся эхосигналов. Используя эти данные, он может определять расстояние от самого сильного эха, которым может быть морское дно, бетонная конструкция или другое крупное препятствие. [7] Эхолот — это устройство для эхолота, используемое как любителями, так и коммерческими рыболовами.
.jpg/1280px-Fis01334_(27555144884).jpg)
Помимо помощи в навигации (большинство крупных судов будут иметь по крайней мере простой глубиномер), эхолотирование обычно используется для рыбалки . Изменения высоты часто указывают на места скопления рыбы. Также регистрируются косяки рыб. [8]
В районах, где требуется подробная батиметрия , точный эхолот может использоваться для работы гидрографии. При оценке такой системы необходимо учитывать множество факторов, не ограничиваясь вертикальной точностью, разрешением, акустической шириной луча передачи/приема и акустической частотой преобразователя .
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 являются дискретными, [ необходимо разъяснение ] два обратных сигнала обычно не мешают друг другу. Двухчастотное эхолотирование имеет много преимуществ, включая возможность идентифицировать слой растительности или слой мягкой грязи поверх слоя скалы.
Большинство гидрографических работ используют датчик 200 кГц, который подходит для прибрежных работ на глубине до 100 метров. Более глубокие воды требуют датчика с более низкой частотой, 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 является фактором для гидрографа, поскольку для получения наилучшего разрешения собранных данных предпочтительнее узкая ширина луча. Чем выше рабочая частота, тем уже ширина луча. Поэтому это особенно важно при зондировании в глубокой воде, так как результирующий след акустического импульса может быть очень большим, как только он достигает далекого морского дна.
Многоспектральный многолучевой эхолот является расширением двухчастотного вертикального лучевого эхолота в том, что, а также измерение двух зондирований непосредственно под сонаром на двух разных частотах; он измеряет несколько зондирований на нескольких частотах, под несколькими разными углами скольжения и в нескольких разных местах на морском дне. Эти системы подробно описаны в разделе под названием многолучевой эхолот .
Эхолоты используются в лабораторных приложениях для мониторинга процессов переноса осадков, размыва и эрозии в масштабных моделях (гидравлические модели, лотки и т. д.). Их также можно использовать для создания графиков трехмерных контуров.
Требуемая точность и достоверность гидрографического эхолота определяется требованиями Международной гидрографической организации (МГО) для обследований, которые должны проводиться в соответствии со стандартами МГО. [9] Эти значения содержатся в публикации МГО S44.
Чтобы соответствовать этим стандартам, инспектор должен учитывать не только вертикальную и горизонтальную точность эхолота и преобразователя, но и систему обследования в целом. Датчик движения может использоваться, в частности, для компонента вертикальной качки (при однолучевом эхолотировании), чтобы уменьшить зондирования для движения судна, испытываемого на поверхности воды. После того, как все неопределенности каждого датчика установлены, гидрограф создаст бюджет неопределенности, чтобы определить, соответствует ли система обследования требованиям, установленным IHO.
Различные гидрографические организации будут иметь свой собственный набор полевых процедур и руководств, чтобы направлять своих геодезистов для соответствия требуемым стандартам. Два примера — публикация Корпуса инженеров армии США EM110-2-1003, [10] и «Руководство по полевым процедурам» NOAA. [11]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
Медиа, связанные с эхолотированием на Wikimedia Commons