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 не связано по происхождению со словом « звук» в смысле шума или тонов. Эхолотирование — более быстрый метод измерения глубины, чем предыдущий метод опускания троса до касания дна.
Эхолотирование, новаторское изобретение в области морской навигации и океанографии , позволяет измерять глубину моря и определять расстояние и направление кораблей или подводных препятствий посредством отраженных звуковых волн . Эта технология зародилась в начале 20 века. [1] [2] [3]
Заметной фигурой в разработке эхолотирования был Александр Бем , немецкий изобретатель. Его новаторская работа завершилась выдачей немецкого патента № 282009 22 июля 1913 года. Изобретение Бема заложило основополагающие принципы современного эхолотирования, представив метод использования отражений звука для измерения подводных глубин, что является значительным шагом вперед по сравнению с традиционными, менее масштабными методами эхолотирования. точный метод уводящих линий. [ нужна цитата ]
Одно из первых коммерческих применений этой технологии проявилось в фатометре Фессендена, основанном на этих основополагающих принципах. Это устройство, в котором использовался генератор Фессендена , ознаменовало значительный скачок в практическом осуществлении эхолотирования. Генератор Фессендена был способен генерировать звуковые волны под водой и сыграл важную роль в работе Фатометра. Эта технология сыграла решающую роль не только в определении глубины моря, но и в повышении безопасности на море за счет обнаружения айсбергов и других потенциальных опасностей. [ нужна цитата ]
В 1924 году компания Submarine Signal Company установила Fathometer Fessenden на судне SS Berkshire, лайнере, принадлежащем компании M&M. Эта установка ознаменовала коммерческий дебют эхолотного оборудования и представляла собой существенный прогресс в морской навигации, предлагая более точные и надежные измерения. метод, позволяющий кораблям понимать подводную среду и ориентироваться в ней. [ нужна цитата ]
Интеграция Fathometer Fessenden в судно SS Berkshire [4] создало прецедент для морской отрасли, открыв путь к широкому внедрению эхолотных технологий. С тех пор эта технология развилась и стала фундаментальным инструментом в области океанографии, подводных исследований и морской навигации, внося значительный вклад в безопасность и эффективность морских операций.
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 в воду зонда скорости звука . Эхолотирование – это, по сути, специальное применение гидролокатора , используемое для определения местоположения дна. Поскольку традиционной единицей глубины воды до введения системы СИ 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. [5]
Однолучевой эхолот — один из самых простых и фундаментальных типов подводных гидролокаторов. Они повсеместно распространены в мире судостроения 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. [6] Эхолот — это эхолот, используемый как рыболовами-любителями, так и коммерческими рыболовами .
.jpg/1280px-Fis01334_(27555144884).jpg)
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. [7]
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 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 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 (гидравлических моделях, лотках и т. д.). Их также можно использовать для создания графиков 3D-контуров.
Требуемая точность и точность гидрографического эхолота определяется требованиями Международной гидрографической организации (МГО) к исследованиям, проводимым по стандартам МГО. [8] 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, [9] и «Руководство по полевым процедурам» NOAA. [10]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
СМИ, связанные с звучанием «Эха», на Викискладе?