Jedním z nebezpečí, kterým loď čelí, je najetí na mělčinu. Plavidlo obvykle určuje svou polohu pomocí GPS, radaru, Decca, Loran nebo vizuálních směrů. Hloubka vody je rutinně kontrolována pomocí echolotu, aby se zjistilo, že získaná hloubka odpovídá zobrazení na mapě. Pokud však poloha není přesně známa, když se blížíte k přístavu nebo přejíždíte závoru, nebo blízko ústí řeky nebo ve špatně prozkoumané oblasti, je třeba znát výšku pod kýlem a hloubku vody. V takové situaci se hodí echolot.
Echo Sounder je typ zařízení SONAR (Sound Navigation And Ranging), který se používá k určení hloubky vody vysíláním zvukových impulsů do vody.
Zásada
Funguje na principu přenosu zvukových vln ze dna lodi a následného měření doby, za kterou se ozvěna vrátí z moře. Pokud je známa rychlost zvuku ve vodě, čas bude úměrný ujeté vzdálenosti.
Doba, kterou vlny potřebují k cestě na mořské dno a z mořského dna, se měří a hloubku lze určit pomocí vzorce Vzdálenost = Rychlost x Čas/2
Důvod pro použití zvukových vln
Pro využití principu měření vzdálenosti je potřeba poslat nějaký energetický signál a změřit dobu, po kterou dorazí jeho odraz. V případě echolotu nemůže být signál elektromagnetický, protože ve vodě dochází k silnému útlumu. Nemůže to být světlo, protože voda není průhledná a na mořském dně není žádná zrcadlová odrazná plocha. Šíření zvuku je nastavením vibrací v médiu. Voda je prakticky nestlačitelná, takže pokud se nastaví vibrace velmi malé velikosti, mohou překonat velké vzdálenosti.
Tvorba zvukových vln
To lze provést dvěma způsoby, tj. magnetostrikce a elektrostrikce.
Magnetostrikce
Feromagnetický materiál, jako je železo, kobalt, nikl, má při umístění do magnetického pole změnu délky. K tomu dochází v důsledku přeskupení domén nebo molekul v materiálu.
V případě železa a kobaltu je změna délky expanze a poté kontrakce, ale v případě niklu je to jediná kontrakce. Běžněji se používá nikl, protože jeho změna na jednotku délky je nejvyšší ze všech. Proces je také reverzibilní; což znamená, že pokud se změní délka takových materiálů, vytvoří kolem sebe magnetické pole. Ke změně délky dojde, i když se směr pole obrátí. Pokud se tedy k vytvoření pole použije střídavý proud, pak frekvence kontrakce niklu bude dvojnásobná než frekvence proudu. Tento handicap je překonán použitím permanentního magnetu k vytvoření magnetického předpětí. Pole vytvořené střídavým proudem se buď zvětší, nebo sníží, ale nikdy nezmění směr. Pokud pole zkreslení říká 5 jednotek a proud vytvoří pole 4 jednotek, pak se výsledky budou lišit mezi 1 a 9 jednotkami. Díky magnetostrikci jsou tedy možné frekvence až několik set kHz.
Související článek: Marine Sextant — Princip and Errors
Elektrostrikce
Krystaly určitých materiálů, jako je zirkoničitan olovnatý, titaničitan olovnatý a titaničitan barnatý a křemen atd., vykazují potenciál mezi dvěma plochami, když je krystal namáhán.
Pokud tvář získá kladný náboj při stlačení, pak při použití tahové síly dostane záporný náboj. Tato vlastnost je také reverzibilní, tj. pokud je potenciál aplikován na dvě plochy, krystal bude vystaven tahovým nebo tlakovým silám vedoucím ke změně rozměru. Pro daný krystal je změna rozměru maximální podél konkrétní osy. Při řezání krystalu je tedy třeba dbát na to, aby vybrané plochy poskytovaly maximální amplitudu vibrací. Přirozená frekvence vibrací bude záviset na fyzických rozměrech řezu. Pro vytvoření velmi vysoké frekvence se používá velmi tenký plátek. Možné jsou frekvence až 1 MHz.
Pracovní
Akustické impulsy velmi krátkého trvání jsou přenášeny vertikálně rychlostí 5 až 600 impulsů za minutu o šířce paprsku 12 až 25°. Tyto pulsy narážejí na mořské dno a odrážejí se zpět směrem k přijímacímu snímači jako ozvěny. Tyto přijímané ozvěny jsou převáděny na elektrické signály přijímacím převodníkem a po průchodu různými stupni přijímače je proud přiváděn do stylusu, který spálí povlak tenké vrstvy hliníkového prášku a vytvoří na papíru černou značku. udávající hloubku mořského dna.
Chyby echolotu
- Rychlost šíření ve vodě Rychlost akustické vlny se mění, pokud se mění teplota, slanost nebo tlak, a protože rychlost není správná, zaznamenaná hloubka bude nepřesná.
- Chyba rychlosti doteku: Doteka se otáčí určitou konstantní rychlostí a rychlost doteku, kterou zabere pohyb doteku shora dolů, je přesně stejná jako rychlost akustického pulzu, který urazí dvojnásobek vzdálenosti. vybraný. Kvůli kolísání napětí se rychlost motoru doteku mění, takže zaznamenaná hloubka bude nepřesná. Měl by být pravidelně kontrolován a seřizován podle pokynů uvedených v návodu.
- Vícecestné ozvěny: Ozvěna se může odrážet několikrát mezi kýlem a mořským dnem, čímž se na záznamu objeví několik značek hloubky, v takovém případě je správná hloubka první ozvěna.
- Pythagorova chyba: Tato chyba je zjištěna, když jsou použity dva snímače, jeden pro vysílání a druhý pro příjem.
- Tepelná a hustotní vrstva. Hustota vody se mění s teplotou a slaností, která bude mít tendenci vytvářet různé vrstvy. Je možné, že se ozvěny vrátí z povrchu těchto vrstev a objeví se slabá čára mezi nulou a skutečnou hloubkou.
- Chyba nastavení nulové linie Pokud není nastavení nuly správné, nebude správná ani zaznamenaná hloubka.
Související článek: AIS (Automatic Identification System)
Co je to Echo Graph a Echometer?
Graf echa
Skládá se z papíru potaženého hliníkem nebo jinými dobrými vodiči, doteku, pásu, vodivé tyče, senzorů, magnetu ovladače, jednotky časového zpoždění a spouštěcí jednotky. Papír může být odstupňovaný nebo vedle něj může být umístěna stupnice. Kalibrace je v metrech.
Když magnet akčního členu přejde přes snímač, snímač vyšle signál do spouštěcí jednotky. Tím se po časové prodlevě aktivuje vysílač, který přivádí vysokonapěťový signál do převodníku pro další přenos zvukových vln. Vysílač také vysílá slabý elektrický impuls do doteku přes vodicí kolejnici. Stylus se pohybuje po papíru, který je potažen elektricky vodivým materiálem a který se pohybuje po kovové desce. Elektrický impuls přenášený stylusem způsobí, že se vrstva papíru spálí a vytvoří na papíru značku. Tato známka se shoduje s nulou promoce. Časové zpoždění je takové, že značka na papíře se shoduje s odchodem zvukové vlny ze snímače. Když se echo vrátí, mechanické vibrace nastavují elektrický signál, který je přiváděn do doteku. Stylus udělá na papíru druhou značku. Hloubku lze odečíst z dílků na papíře nebo pomocí stupnice, která je vedle stylusu. Pokud by ozvěna byla přijata poté, co stylus prošel za oblast papíru, nebylo by vidět žádné znamení. Jinými slovy, pohyb stylusu mimo oblast papíru bude nevyužit. Aby bylo možné toto použít, je namontováno více než jeden senzor. Na obrázku jsou znázorněny tři senzory. Výběrem senzoru č. 2 aktuátor aktivuje vysílač dříve, než dotek dosáhne nulové značky. Ozvěna bude přijímána, když je stylus na papíře. Pokud u čidla č.1 je dosah řekněme 0-50m. u senzoru 2 je to 50-100 a u senzoru 3 je to 100-150 m. Pokud je tedy mořské dno 75 m. od kýlu udělá stylus značku v polovině na papíře za předpokladu, že se používá senzor 2. Při použití senzoru s 2 nebo 3 není žádná indikace nulové značky.
Související článek: Dopplerův protokol — princip, práce, rychlost a chyby
Tato metoda zvýšení dosahu se nazývá „fázování“, protože začátek pulzu není synchronizován (není ve fázi) s polohou doteku na nulové čáře na papíře. Dalším způsobem zvýšení dosahu je změna rychlosti stylusu. Předpokládejme, že rychlost dotykového pera je snížena na 1/4, pak bude trvat čtyřikrát delší dobu, než přejde délku papíru. Při nezměněné rychlosti zvuku bude papír představovat rozsah 0-200 (čtyřikrát 0-50), zatímco na senzoru 1, 200-400 na senzoru 2 a 400-600 metrů. na senzoru 3.
Ovládací spínač, který mění rychlost doteku, také mění dobu trvání pulzu, frekvenci opakování pulzu (PRR) a časovou prodlevu pro vytvoření nulové značky. Puls bude delší, PRR bude menší a časové zpoždění se prodlouží, protože peru bude trvat déle, než dosáhne nulové linie. Echometry obvykle používají kombinaci fázování a také změny rychlosti doteku, aby se dosáhlo širokého rozsahu detekce a zachovalo se dobré rozlišení na krátké a střední vzdálenosti.
Echometr
To poskytuje analogové nebo digitální čtení zvuků.
Související:
- GPS (Global Positioning System)
- Mezinárodní instituce a jejich spojení s…
- BLU Code — Pravidla pro bezpečné načítání a…
- Hospodaření s balastní vodou — obchodní lodě
- Kryty poklopů – funkce, kontrola, testy, bezpečnostní opatření,…
- Kód ISPS — Opatření ke zvýšení bezpečnosti lodí a…
