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La ecosonda o sondeo de profundidad consiste en el uso del sonar para la medición de distancias , normalmente para determinar la profundidad del agua ( batimetría ). Implica la transmisión de ondas acústicas al agua y el registro del intervalo de tiempo entre la emisión y el retorno de un pulso; el tiempo de vuelo resultante , junto con el conocimiento de la velocidad del sonido en el agua, permite determinar la distancia entre el sonar y el objetivo. Esta información se utiliza generalmente para la navegación o para obtener profundidades con fines cartográficos .
La ecosonda también puede utilizarse para determinar la distancia a otros objetivos, como bancos de peces . Las evaluaciones hidroacústicas tradicionalmente han empleado prospecciones móviles desde embarcaciones para evaluar la biomasa y la distribución espacial de los peces. Por el contrario, las técnicas de ubicación fija utilizan transductores estacionarios para monitorear el paso de los peces.
El término «sondeo» se utiliza para todo tipo de mediciones de profundidad, incluidas aquellas que no emplean sonido , y su origen no guarda relación con el significado de «sonido» en el sentido de ruido o tonos. El sondeo ecosistémico es un método más rápido para medir la profundidad que la técnica anterior de bajar una sonda hasta que tocara el fondo.
Historia
El inventor alemán Alexander Behm obtuvo la patente alemana n.º 282009 por la invención de la ecosonda (dispositivo para medir profundidades marinas y distancias y rumbos de barcos u obstáculos mediante ondas sonoras reflejadas) el 22 de julio de 1913. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Mientras tanto, en Francia, el físico Paul Langevin (vinculado a Marie Curie y más conocido por su trabajo de investigación en física nuclear ) fue reclutado por los laboratorios de la Armada francesa al comienzo de la Primera Guerra Mundial y llevó a cabo una investigación (entonces secreta) sobre sonares activos para la guerra antisubmarina (utilizando un transmisor piezoeléctrico ). Su trabajo fue desarrollado e implementado por otros científicos y técnicos como Chilowski, Florisson y Pierre Marti. Aunque un ecosonda (sonar) completamente operativo no estaba listo para su uso en tiempos de guerra, se realizaron pruebas exitosas tanto frente a Toulon como en el Canal de la Mancha ya en 1920, y se obtuvieron patentes francesas para usos civiles. Los buques oceanográficos y los buques franceses de asistencia a la pesca en alta mar fueron equipados con sonares registradores Langevin-Florisson y Langevin Marti ya a mediados/finales de la década de 1920. [ 4 ]
Una de las primeras unidades comerciales de sondeo acústico fue el Fessenden Fathometer, que utilizaba el oscilador de Fessenden para generar ondas sonoras. Fue instalado por primera vez por la Submarine Signal Company en 1924 en el transatlántico SS Berkshire de la compañía M&M. [ 5 ]
Técnica
La distancia se mide multiplicando la mitad del tiempo transcurrido desde el pulso de salida de la señal hasta su retorno por la velocidad del sonido en el agua, que es de aproximadamente 1,5 kilómetros por segundo. La velocidad del sonido varía ligeramente según la temperatura, la presión y la salinidad; y para aplicaciones precisas de ecosonda, como la hidrografía , también debe medirse la velocidad del sonido, generalmente desplegando una sonda de velocidad del sonido en el agua. La ecosonda es una aplicación especial del sonar que se utiliza para localizar el fondo marino. Dado que una unidad histórica de profundidad del agua anterior al SI era la braza , un instrumento utilizado para determinar la profundidad del agua a veces se denomina brazómetro .
La mayoría de las profundidades oceánicas cartografiadas se basan en una velocidad del sonido promedio o estándar. Cuando se requiere mayor precisión, se pueden aplicar estándares promedio e incluso estacionales a las regiones oceánicas. Para profundidades de alta precisión, generalmente restringidas a estudios científicos o con fines especiales, se puede bajar un sensor para medir la temperatura, la presión y la salinidad. Estos factores se utilizan para estimar con mayor precisión la velocidad del sonido real en la columna de agua local. Esta técnica es utilizada frecuentemente por la Oficina de Levantamientos Costeros de los Estados Unidos para estudios de navegación en aguas costeras estadounidenses. [ 6 ]
Tipos
Haz único
Una ecosonda de haz único es uno de los tipos más simples y fundamentales de sonar submarino. Son omnipresentes en el mundo náutico y se utilizan en diversos vehículos robóticos marinos. Su funcionamiento se basa en un transductor que emite un pulso a través del agua y escucha los ecos que regresan. Con esos datos, puede determinar la distancia desde el eco más fuerte, que puede ser el fondo marino, una estructura de hormigón u otro obstáculo de mayor tamaño. [ 7 ] Un detector de peces es un dispositivo de ecosonda utilizado tanto por pescadores recreativos como comerciales.
Multihaz
Un sonar multihaz (MBES) es un tipo de sonar que se utiliza para cartografiar el lecho marino . Emite ondas acústicas en forma de abanico bajo su transceptor . El tiempo que tardan las ondas sonoras en reflejarse en el lecho marino y regresar al receptor se utiliza para calcular la profundidad del agua. A diferencia de otros sonares y ecosondas , el MBES utiliza la formación de haces para extraer información direccional de las ondas sonoras que regresan, generando una serie de mediciones de profundidad a partir de un solo pulso.
Uso común
Además de servir como ayuda a la navegación (la mayoría de los buques de mayor tamaño cuentan al menos con una sonda de profundidad sencilla), la ecosonda se utiliza habitualmente para la pesca . Las variaciones de elevación suelen indicar lugares donde se congregan los peces. También se registran los bancos de peces. [ 8 ]
Hidrografía
En áreas donde se requiere batimetría detallada , se puede utilizar una ecosonda precisa para trabajos de hidrografía. Hay muchas consideraciones al evaluar un sistema de este tipo, entre las que se incluyen la precisión vertical, la resolución, el ancho del haz acústico de transmisión/recepción y la frecuencia acústica del transductor .
La mayoría de las ecosondas hidrográficas son de doble frecuencia, lo que significa que pueden transmitir simultáneamente un pulso de baja frecuencia (normalmente de unos 24 kHz) y uno de alta frecuencia (normalmente de unos 200 kHz). Dado que ambas frecuencias son independientes, las señales de retorno no suelen interferir entre sí. La ecosonda de doble frecuencia ofrece numerosas ventajas, entre ellas la capacidad de identificar una capa de vegetación o una capa de lodo blando sobre una capa de roca.
La mayoría de las operaciones hidrográficas utilizan un transductor de 200 kHz, adecuado para trabajos costeros hasta 100 metros de profundidad. En aguas más profundas se requiere un transductor de menor frecuencia, ya que la señal acústica de bajas frecuencias es menos susceptible a la atenuación en la columna de agua. Las frecuencias más comunes para sondeos en aguas profundas son 33 kHz y 24 kHz.
El ancho del haz del transductor también es un factor importante para el hidrógrafo, ya que para obtener la mejor resolución de los datos recopilados, es preferible un haz estrecho. Cuanto mayor sea la frecuencia de operación, menor será el ancho del haz. Por lo tanto, esto es especialmente importante al realizar sondeos en aguas profundas, ya que la huella resultante del pulso acústico puede ser muy grande una vez que alcanza el fondo marino.
Una ecosonda multihaz multiespectral es una extensión de una ecosonda de haz vertical de doble frecuencia, ya que, además de medir dos sondeos directamente debajo del sonar a dos frecuencias diferentes, mide múltiples sondeos a múltiples frecuencias, con diferentes ángulos de incidencia y en diferentes ubicaciones del lecho marino. Estos sistemas se describen con más detalle en la sección titulada " Ecosonda multihaz" .
Las ecosondas se utilizan en aplicaciones de laboratorio para monitorear el transporte de sedimentos, la erosión y los procesos de socavación en modelos a escala (modelos hidráulicos, canales, etc.). También se pueden usar para crear gráficos de contornos tridimensionales.
Normas para la ecosonda hidrográfica
La precisión y exactitud requeridas del ecosonda hidrográfico están definidas por los requisitos de la Organización Hidrográfica Internacional (OHI) para los levantamientos que se realicen según las normas de la OHI. [ 9 ] Estos valores se encuentran en la publicación S44 de la OHI.
Para cumplir con estos estándares, el inspector debe considerar no solo la precisión vertical y horizontal de la ecosonda y el transductor, sino también el sistema de medición en su conjunto. Se puede utilizar un sensor de movimiento, específicamente el componente de cabeceo (en la ecosonda de haz único), para reducir las mediciones debidas al movimiento de la embarcación en la superficie del agua. Una vez establecidas todas las incertidumbres de cada sensor, el hidrógrafo elaborará un presupuesto de incertidumbre para determinar si el sistema de medición cumple con los requisitos establecidos por la OHI.
Las distintas organizaciones hidrográficas disponen de sus propios procedimientos de campo y manuales para guiar a sus topógrafos en el cumplimiento de las normas requeridas. Dos ejemplos son la publicación EM110-2-1003 del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos [ 10 ] y el «Manual de Procedimientos de Campo» de la NOAA [ 11 ] .
Véase también
Referencias
- ↑ Salous, Sana (2013). Medición de la propagación de radio y modelado de canales . John Wiley & Sons . pág. 424. ISBN 9781118502327.
- ↑ Xu, Guochang (2010). Ciencias de la Geodesia - I: Avances y Direcciones Futuras . Springer Publishing . pág. 281. ISBN 9783642117411.
- ↑ Werner Schneider. "Alexander Behm - Der Erfinder des Echolots" . Consultado el 9 de abril de 2014 .
- ^ Lelong, Benoit. "Paul Langevin et la detect sous-marine, 1914-1929. Un physicien acteur de l'innovation industrielle et militaire (Epistemologiques, 2001)" .
- ↑ "Amplificador de sonda Fessenden Fathometer - Submarine Signal Company" . The Subchaser Archives . 20 de marzo de 2007. Consultado el 12 de abril de 2018 .
- ↑ Manual de procedimientos de campo de la NOAA, sitio web de la Oficina de Levantamientos Costeros ( http://www.nauticalcharts.noaa.gov/hsd/fpm/fpm.htm Archivado el 10 de agosto de 2011 en Wayback Machine )
- ↑ "Guía práctica para el manejo de sonares y dispositivos acústicos subacuáticos" . Blue Robotics . Consultado el 12 de enero de 2024 .
- ↑ "Guía de sondas de pesca" (en alemán). Archivado del original el 17 de febrero de 2017. Consultado el 16 de febrero de 2017 .
- ↑ Oficina Hidrográfica Internacional (febrero de 2008). «Normas de la OHI para levantamientos hidrográficos» (PDF) (5.ª edición). Archivado del original (PDF) el 8 de octubre de 2011.
{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere|journal=( ayuda ) - ↑ "EM 1110-2-1003 (01 ene 02)" . Archivado del original el 20 de julio de 2011. Recuperado el 9 de junio de 2011 ., publicación EM 1110-2-1003 del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU.
- ↑Archivado el 16 de mayo de 2011 en Wayback Machine , Manual de Procedimientos de Campo de la NOAA.
Enlaces externos
Contenido multimedia relacionado con la ecolocalización en Wikimedia Commons.
- "Cómo los ecos indican la profundidad del agua bajo un barco" Popular Mechanics Monthly , julio de 1930 – dibujo con detalles de los primeros detectores de profundidad que utilizaban ecos.
- ELAC (1982) Introducción a la ecografía . Honeywell-ELAC-Nautik GmbH, Kiel, 88 págs., (pdf 27,5 MB)
- Topografía
- instrumentación oceanográfica