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Echolood
Echolot

EIN Echolot ist ein Instrument, das verwendet wird, um die Wassertiefe aus dem Wasser zu bestimmen. Dies ist der Abstand zwischen den Unterseite des jeweiligen Wassers und der Kiel eines Schiffes. Die gemessene Wassertiefe wird Blei genannt. International ist von a . die Rede Echolot, aber es wird auch für seismologische Forschung verwendet.

In dem Hydrographie der Abstand zwischen Boden und Wasseroberfläche ist wichtig. Dies kann leicht berechnet werden durch die Entwurf des Schiffes am Ort des verwendeten Bleis Wandler der Leitung hinzugefügt werden.

Geschichte

Das Wort loding kommt von dem alten mechanischen Instrument, das seit Jahrtausenden zu diesem Zweck verwendet wird[1] verwendet im Versand: a tief führen, ein Stück von führen zu einer Seil. Ein Echolot kann aber auch Bodenart bestimmt, was für die von großer Bedeutung sein kann Navigation. Landratten Rufen Sie ein Echolot a Tiefenmesser. Ein Echolot arbeitet mit Wasserdruck und wird von Taucher. Es gibt auch eine ganz andere Art von Tiefenmesser in a Bremssattel.

Das Echolot wurde 1912 vom deutschen Physiker erfunden invented Alexander Behm, die nach der Katastrophe mit dem Titanic suchte nach einer Möglichkeit, die Position von Eisbergen zu bestimmen. Die Ultraschalltechnik erwies sich dafür als nicht geeignet, erwies sich aber als gute Möglichkeit, die Tiefe zu bestimmen. 1913 ließ er seine Erfindung patentieren. Die Verwendung des Echolots für die Forschung wurde in den Niederlanden eingeführt By Johan van Veen In den 1930er Jahren, insbesondere für seine morphologischen Forschungen in Het Kanal.

Prinzip

Die Wassertiefe wird durch eine Schallschwingung bestimmt, die von einem dafür angebrachten Geber senkrecht nach unten übertragen wird. Das Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Schwingung durch das Wasser beträgt 1500 m/s. Durch genaues Messen der Echozeit – der Zeit zwischen dem Senden und Empfangen einer Vibration – kann das Echolot die Tiefe bestimmen.

  • d ist die Wassertiefe
  • v ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwingung
  • t ist die Echozeit

Ausbreitungsgeschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist abhängig von

  • die Temperatur des Wassers
  • der Druck
  • die Dichte des Wassers (hier meist abhängig vom Salzgehalt)
  • die Verschmutzung des Wassers

Frequenz

Alte Echolote verwendet a Frequenz etwa 40.000 Hz. Modernere verwenden eine Frequenz um 16.000 Hz. Kleinere Schiffe, wie zum Beispiel Sportyachten, verwenden eine Frequenz zwischen 150.000 Hz und 200.000 Hz. Das liegt daran, dass das Echolot viel kleiner ist: Je höher die Frequenz, desto höher die Durchschlagskraft, aber desto schwieriger ist es, den Schallstrahl zu lenken.

Blindtiefe

Die Blindtiefe ist die Tiefe, die vom Sonar nicht gemessen werden kann, da es nicht gleichzeitig senden und empfangen kann.

  • Blindtiefe = halbe Pulslänge

Wandler

Bei Sonarinstrumenten werden Sender und Empfänger von Schallimpulsen als Transducer oder Transducer bezeichnet (lateinisch: trans = durch, ducere = führen). Grundsätzlich ist ein Wandler ein Wandler einer Energieform in eine andere. Bei Sonarinstrumenten ist dies die Umwandlung von elektrischer Energie in Schall und umgekehrt.

Bestimmte Materialien haben die Eigenschaft, dass sie ihre Form ändern, wenn ein elektrischer Strom durch sie geleitet wird. Beispielsweise wird ein Stück eines solchen Materials kürzer und dicker. Wenn Sie eine Wechselspannung anlegen, wird das Stück abwechselnd kürzer und dicker und länger und dünner. Es wird also vibrieren.

Die Schwingungsdauer ist gleich der Dauer der Wechselspannung, beispielsweise 1 ms. Die Schwingung verursacht im Medium, in dem sie entsteht, eine Druckwelle, die sich in alle Richtungen ausbreitet. Solange die Wechselspannung angelegt ist, herrscht eine Reihe von Über- und Unterdruck gegenüber dem normalerweise herrschenden Druck im Medium. Dieses Ganze wird Puls genannt.

Druckimpulse sind nichts anderes als Schallimpulse (abgesehen von 90° Phasenverschiebung). Schall breitet sich im Meerwasser viel besser aus als elektromagnetische Wellen. Aus diesem Grund wird Sonar verwendet.

Der Puls breitet sich durch das Medium aus und trifft dann auf einen Reflektor. Ein solcher Reflektor ist im Wesentlichen ein Übergang von einem Medium zum anderen. Der Reflektor reflektiert den Puls und ein Teil des reflektierten Pulses erreicht die Schallquelle wieder. Das Materialstück beginnt dann wieder zu vibrieren und erzeugt eine variierende Spannung, die beobachtet und registriert werden kann.

Das schwingende Materialstück ist in einem Gehäuse untergebracht, das mit einer Ölsorte (Rizinusöl) gefüllt ist, die die gleiche akustische Impedanz wie Meerwasser hat.

Der Gehäuseboden besteht wiederum aus Material mit gleicher akustischer Impedanz, beispielsweise forc Gummi. Der Rest des Gehäuses besteht dann aus Material, dessen Impedanz sich stark von der von Meerwasser unterscheidet.

Die akustische Impedanz bestimmt das Ausmaß der Schallreflexion. Bei Schallwandlern ist es das Ziel, die Materialien so zu wählen, dass auf der Seite, auf die der Schall übertragen werden soll, die Impedanz in etwa der von Meerwasser entspricht Ein Echolot misst also die Wassertiefe anhand des Verschiebung von Schwingungen (Schall) im Wasser. Der Schwinger „hängt“ im Wasser und registriert den zeitlichen Abstand zwischen dem Zeitpunkt des Sendens, der Reflexion am Boden und dem Empfang.

Strahlbreite

Verschiedene Echolotsysteme

Der Wandler, der die Schallimpulse nach unten sendet, hat einen bestimmten Öffnungswinkel. Dies bedeutet, dass die Schallimpulse kegelförmig aufgefächert werden.Der Scheitelwinkel dieses Kegels, der Öffnungswinkel des Schallwandlers, wird als Strahlbreite bezeichnet.Diese Strahlbreite ist von großer Bedeutung für die Genauigkeit, mit derMessungen durchgeführt werden können.

Die Strahlbreite hängt von der verwendeten Frequenz und den Abmessungen des Wandlers ab.

Je niedriger die Frequenz, desto größer die Strahlbreite, je niedriger die Frequenz, desto größer der Wandler.

Die Wirkung der Strahlbreite bei Echoloten ist jedoch sehr groß.

In allen Fällen registriert das Echolot jedoch die ihm am nächsten liegenden Punkte im Strahlbereich, die Echos von diesen Punkten kehren eventuell zuerst zurück, was ua dazu führen kann, dass relativ schmale Schlitze nicht registriert werden und allgemeine Unebenheiten auftreten. verstümmelt erscheinen. Außerdem führt die Abweichung von der tatsächlichen Tiefe immer zu flacheren Werten.

Wandler sind mit sehr engen Abstrahlwinkeln erhältlich, beispielsweise sind 3 Grad bei einer Frequenz von 210 kHz ein häufig verwendeter Wandlertyp. Allerdings ist zu bedenken, dass die Vorteile dieses kleinen Abstrahlwinkels nur für Schiffsbewegungen gelten, die auch innerhalb dieser 3 Grad liegen (also 1,5 und –1,5 Grad). Im Allgemeinen schwingt ein Messgerät bald mehr als diesen Wert, so dass die Messung nicht mehr senkrecht unterhalb des Aufnehmers erfolgt und der Einfluss des kleinen Strahlwinkels durch den Positionsfehler wieder negiert wird.

Piezoelektrizität, Elektrostriktion und Magnetostriktion

Es gibt drei Prinzipien, die bei akustischen Wandlern angewendet werden können: Piezoelektrizität, Elektrostriktion und Magnetostriktion.

Das Phänomen der Formänderung aufgrund eines elektrischen Stroms wird Piezoelektrizität genannt. Materialien mit dieser Eigenschaft umfassen Quarz, Rochelle-Salz, Lithiumsulfat und Dihydrogenphosphat.

Beispiele für elektrostriktive Materialien sind Bariumtitanat, Bleititanat, Zirkonat und Ceramic-B. Diese Materialien bestehen aus verschiedenen Bereichen (Domänen) mit jeweils eigenem elektrischen Feld. Diese Felder sind zufällig ausgerichtet mit einem resultierenden Moment gleich 0. Wenn Sie ein externes elektrisches Feld an ein solches Material anlegen, werden die Felder in allen Bereichen in diesem externen Feld ausgerichtet und die physikalischen Abmessungen des Materialstücks ändern sich.

Diese Dimensionsänderung ist unabhängig von der Richtung des angelegten elektrischen Feldes und proportional zum Quadrat der Feldstärke. Dies bedeutet, dass die mechanische Verschiebung nicht linear ist. Um dies zu erreichen, wird das Material polarisiert. Dazu wird das Material auf Curie-Temperatur erhitzt und anschließend in einem starken Magnetfeld abkühlen gelassen.

Magnetostriktive Materialien sind beispielsweise Nickel und Kobalt.

Die Dauer, mit der das Material schwingt (die Pulsdauer) beträgt einige Millisekunden.

Aufnehmer montieren

Wegaufnehmer

Die ideale Position des Gebers liegt zwischen 1/3 und der Hälfte der Schiffslänge, gemessen vom Bug und so nah wie möglich an der Mittelachse. Dadurch werden unnötige Nick- und Wankbewegungen minimiert, und in der Regel liegt dieser Punkt auch direkt unter der Positionierungsantenne.

Störquellen

Der Wandler sollte so weit wie möglich von Schallquellen entfernt montiert werden, insbesondere von Quellen, die nahezu die gleiche Frequenz verwenden. Bugplatten können vibrieren, wenn sich das Schiff bewegt, und diese Vibrationen können die gleiche Frequenz wie die übertragene Frequenz haben.

Aufnehmer montieren

Der Geber sollte so montiert werden, dass er leicht nach vorne geneigt ist und etwas unter den Schiffsrumpf ragt. Dies gewährleistet einen ausreichenden Wasserdruck auf der Schwingeroberfläche und ist für die ordnungsgemäße Übertragung des akustischen Signals ins Wasser erforderlich.

Wenn Wasserblasen unter und entlang des Schiffes ein Problem darstellen, muss der Schwinger frei vom Rumpf montiert werden; möglich, damit der Schwinger bei Nichtgebrauch aus dem Wasser genommen werden kann.

Einstrahlecholote werden für eine Vielzahl von Zwecken verwendet. Zum Beispiel im Großen und Ganzen Frachtschiffe, um ein Grundlaufen zu vermeiden und von Fischern, um Fische aufzuspüren. Da Handelsschiffe und Fischer keine genaue Tiefenmessung benötigen, verwenden sie eine Standardschallgeschwindigkeit.

Dies ist jedoch für hydrographische Zwecke nicht genau genug. Daher wird ein Einzelstrahl-Sonar immer von einem Sound Tacho. Da ein Schiff nie ganz im Wasser stehen wird, müssen die Schiffsbewegungen während der Messung kompensiert werden. Dies geschieht mit a Schwellenkompensator.

Vorlesen

Die Ablesung erfolgt über einen Tiefenanzeiger. Dies ist ein Instrument, das an dem Ort zu finden ist, von dem aus ein Schiff gesendet wird. In dem gewerblicher Versand ist es aus rechtlichen Gründen sinnvoll, a Beweise hergestellt werden und somit ein Schreibgerät an das Sonar angeschlossen werden kann. Dieses Instrument kann dann aus einem Metallstift bestehen, der erhitzt wird und auf ein rollendes Thermopapier schreibt. Der Stift bewegt sich nach jeder Sendung vertikal über das Papier. Wenn das Echolot eine reflektierte Schwingung empfängt, hinterlässt der Stift eine schwarze Linie auf dem Papier. Modernere Versionen verfügen über eine Digitalanzeige, aber auch dann bleibt die Forderung, dass im Zusammenhang mit der Haftung das Signal nachträglich auslesbar sein muss.

Siehe auch