Принцип работы эхолотов

ЭХОЛОТЫ

Оглавление:

Введение

Принцип работы

Возможности эхолота

Частота волны

Преобразователи

Кристалл

Размещение.

Преобразователи "Через Корпус"

Преобразователи "Стреляет Через Корпус"

Переносные преобразователи

Преобразователи крепления к транцу

Скорость и преобразователь

Канонический угол преобразователя

Состояние воды и дна

Температура воды и термоклин

Литература

Эхолоты

В Российской печати и Интернете встречаются несколько названий эхолота: сонар, гидролокатор, fishfinder. Я выбрал слово эхолот без каких-либо причин.

Введение

Люди ловят рыбу тысячу лет. Каждый рыбак сталкивается с двумя проблемами - с поиском рыбы и ее поимкой. От простейшего шеста с метками и бечевки с грузом и флажками эволюция приспособлений для измерения глубины привела к электронным устройствам различной степени сложности. Хотя гидролокатор (эхолот) не может вываживать рыбу, он может решить проблему поиска рыбы. Вы не сможете поймать рыбу, если ловите в месте, где ее нет, эхолот спасет Вас от этого.

В конце 1950-ых, Карл Лоуранс и его сыновья Арлен и Даррел начали подводное плавание, чтобы наблюдать рыбу и ее привычки. Это исследование, заказанное местным и федеральным правительствами США, нашло, что приблизительно 90 процентов рыбы сконцентрировано в 10 процентах воды озер. С изменением условий окружающей среды рыба перемещается в более благоприятные области. Их исследования показали, на большинство видов рыб воздействует подводная структура (это: деревья, водоросли, камни и отложения), температура, течение, освещенность и ветер. Эти и другие факторы также влияют на местоположение корма (планктона, малька, водорослей). Вместе эти факторы создают условия, которые вызывают частые перемещения популяции рыбы.

В те далекие времена, буквально несколько людей использовали большие, громоздкие сонарные модули на рыбацких лодках. Работая на низких частотах, эти устройства использовали вакуумные лампы, для функционирования которых требовались громадные аккумуляторы. Хотя они показывали удовлетворительный сигнал дна и косяка рыб, они не могли показывать отдельных рыб. Карл и его сыновья начали разрабатывать компактный, с батарейным питанием эхолот, который мог бы показывать отдельную рыбу. После многих лет исследований, экспериментов, нестандартных решений и просто трудной работы, такой эхолот был сделан, что изменило рыбацкий мир навсегда.

С этого простого начинания, была сформирована новая промышленность, с продажи в 1975 г. первого транзисторного эхолота для спортивной рыбалки. В 1979 г. фирма Lowrance представила "The Little Green Box" который стал наиболее популярным эхолотом в мире. Весь выполненный на транзисторах, это был первый удачный эхолот для спортивной рыбалки. Более миллиона таких эхолотов были произведены до 1984 г., когда они были сняты с производства из-за высокой себестоимости. Фирма проделала длинный путь с 1957, начиная с "little green boxes" и заканчивая современным высокотехнологичным эхолотом.

Принцип работы

Слово сонар (эхолот) это сокращение трех английских слов: Звук, Передвижение, Расположение. Сонар был разработан во время Второй Мировой Войны для отслеживания подводных лодок. Эхолот состоит из передатчика, преобразователя, приемника и дисплея.

В самых простых словах: электрический импульс от передатчика преобразуется в звуковую волну в преобразователе и передается в воду. Когда волна попадает на объект (рыбу, дно, дерево и т.д.) она отражается. Отраженная волна попадает в преобразователь, где она трансформируется в электрический сигнал, усиленный приемником, и посылается на дисплей. Так как скорость звука в воде постоянна (приблизительно 1 463 метров в секунду), промежуток времени между отправкой сигнала и получением эха может быть измерен и по этим данным расстояние до объекта может быть определено. Этот процесс повторяется многократно в течение секунды.

Наиболее часто используемая частота волны составляет 192 кГц, также иногда производятся приборы на частоте 50 кГц. Хотя эти частоты находятся в диапазоне звуковых частот, они неслышимы ни людям, ни рыбе. ( Можно не волноваться относительно звукового модуля, пугающего рыбу - они не могут слышать это.)

Как упомянуто ранее, эхолот посылает и принимает сигналы, затем "печатает" эхо на дисплей. Так как это случается много раз в секунду, непрерывная линия идущая поперек дисплея, показывая сигнал дна. Кроме того, на экране отображается сигнал, возвращенный от любого объекта в воде между поверхностью и дном. Зная скорость звука через воду (1 463 метров в секунду) и время требуется для возращения эха, прибор может показывать глубину и нахождение любой рыбы в воде.

Возможности эхолота

Хороший эхолот обладает четырьмя компонентами:

Мощный передатчик

Эффективный преобразователь

Чувствительный приемник

Дисплей высокого разрешения

Все части этой системы должны быть разработаны так, чтобы работать вместе, при любых погодных условиях и критических температурах.

Высокая мощность передатчика увеличивает вероятность, что Вы получите эхо на глубоководье или в плохих водных условиях. Это также позволяет Вам видеть мелкие подробности, типа мальков и мелкой структуры дна.

Преобразователь не должен только проводить мощный сигнал от передатчика, он также должен преобразовать электрический сигнал в звуковую энергию с наименьшей потерей в мощности сигнала. С другой стороны, он должен преобразовать самое малое эхо от малька или сигнал дна с глубоководья.

Приемник имеет дело с чрезвычайно широким диапазоном сигналов. Он должен отличить максимально сильный передаваемый сигнал и слабое эхо, пришедшее от преобразователя. Кроме того, он должен различить объекты находящиеся близко друг к другу, превратив их в разные импульсы для дисплея.

Дисплей должен иметь высокое разрешение (вертикальные пиксели) и хороший контраст, чтобы показывать подводный мир детально и ясно. Это позволяет видеть дуги рыбы и мелкие подробности дна.

Частота волны

Большинство современных эхолотов оперирует на частоте 192 кГц, некоторые используют 50 кГц. Есть свои преимущества у каждой частоты, но почти для всех состояний пресной воды и большинства состояний соленой воды, 192 кГц - лучший выбор. Эта частота дает лучшие подробности, работает лучше всего в неглубокой воде и на скорости, и обычно дает меньшее количество "шумовых" и нежелательных отражений. Определение близлежащих подводных объектов, также лучше на частоте 192 кГц. Это способность отобразить две рыбы как два отдельных эха вместо одной "капли" на экране.

Существуют некоторые условия, при которых частота 50 кГц луче. Как правило, эхолоты, работающие на частоте 50 кГц (при тех же самых условиях и мощности) может проникать более глубоко через воду. Это происходит из-за естественной способности воды поглощать звуковые волны. Скорость поглощения больше для более высоких частот звука, чем для более низких частот. Поэтому 50 кГц эхолоты находят использование в более глубокой соленой воде. Также, преобразователи 50 кГц эхолотов имеют более широкие углы обзора, чем преобразователи 192 кГц эхолотов.

Резюме: различия между 192 кГц и 50 кГц:

Преобразователи

Преобразователь это "антенна" эхолота. Он преобразовывает электрическую энергию от передатчика в звуковую волну высокой частоты. Звуковая волна от преобразователя путешествует через воду и назад, отразившись от любого объекта в воде. Когда отраженный сигнал попадает назад в преобразователь, он преобразовывает звук в электрическую энергию, которая посылается приемнику эхолота. Частота преобразователя должна соответствовать частоте звукового приемника эхолота. Другими словами, Вы не можете использовать преобразователь 50 кГц на звуковом приемнике, предназначенном для 192 кГц. Преобразователь должен быть способен проводить мощные импульсы передатчика, преобразовывая электрические импульсы в звуковые с минимальными потерями мощности. В то же самое время он должен быть достаточно чувствительным, чтобы принять самые слабые из отраженных сигналов. Все это относится к определенной установленной частоте и при этом преобразователь должен игнорировать эхо приходящих на других частотах. Другими словами, преобразователь должен быть очень эффективен.

Кристалл

Активный элемент преобразователя - искусственный кристалл (цирконат свинца или титанат бария), компоненты смешиваются, а затем формуются. Эта форма помещается в печь, в которой превращается из смеси химикатов в прочный кристалл. Как только кристалл охладится, к двум сторонам кристалла прикрепляются провода. Провода прочно спаяны с поверхностью кристалла, так что кристалл может быть подключен к кабелю преобразователя. Форма кристалла определяет частоту его работы и конический угол. Для круглых кристаллов, используемый большинством эхолотов, толщина определяет его частоту, а диаметр определяет угол конуса или угол зоны обзора. Например, в 192 кГц эхолоте, с коническим углом 20 градусов размеры кристалла приблизительно один дюйм в диаметре, при этом восьми градусный эхолот требует кристалла, диаметр которого несколько дюймов. Итог: больший диаметр кристалла - меньший конический угол. Это причина, почему преобразователь с конусным углом 20 градусов намного меньший, чем преобразователь с конусным углом в 8 градусов, при использовании одинаковой частоты.

Размещение на лодке

Преобразователи производятся различных форм и размеров. Большинство преобразователей сделано из пластмассы, но некоторые преобразователи "через корпус " сделаны из бронзы. Как показано в предыдущей части, частотный и конический угол определяют размер кристалла. Поэтому размещение преобразователя определяется размером кристалла внутри.

Имеются четыре главных стиля размещения используемых сегодня. "Через Корпус", "Стреляет Через Корпус ", переносной, крепление к транцу.

Преобразователи "Через Корпус" вставлены через отверстие, просверленное в корпусе. У них длинная основа, которая проходит через корпус и фиксируется большим болтом. Если корпус лодки плоский это очень удобно для установки. Однако если преобразователь должен быть установлен на одной стороне V-образного корпуса лодки, то блок, в котором находится кристалл должен быть сделан из древесины или пластмассы, которые позволяют установить преобразователь вертикально. Преобразователи "Через Корпус" были разработаны специально для лодок с внутренним мотором, и они могут быть установлен перед рулями, пропеллерами и валами судна.