Eco sonando

Ilustración de eco sonando usando un ecosobajo multibeam.

The MTVZA sounder received from the Meteor M2-2 satellite by an amateur station

Sonda de eco o sonda de profundidad es el uso del sonar para determinar la distancia, normalmente para determinar la profundidad del agua (batimetría). Implica transmitir ondas acústicas al agua y registrar el 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 normalmente para fines de navegación o para obtener profundidades con fines cartográficos.

El ecosonda también se puede utilizar para alcanzar otros objetivos, como bancos de peces. Las evaluaciones hidroacústicas han empleado tradicionalmente encuestas móviles desde embarcaciones para evaluar la biomasa de peces y las distribuciones espaciales. Por el contrario, las técnicas de ubicación fija usan transductores estacionarios para monitorear el paso de los peces.

La palabra sondeo se usa para todo tipo de mediciones de profundidad, incluidas aquellas que no usan sonido, y no tiene relación en su origen con la palabra sonido en la sensación de ruido o tonos. El ecosonda es un método más rápido para medir la profundidad que la técnica anterior de bajar una línea de sonda hasta que toca fondo.

Historia

Al inventor alemán Alexander Behm se le otorgó la patente alemana n.° 282009 por la invención del ecosonda (dispositivo para medir las profundidades del mar y las distancias y los rumbos de los barcos u obstáculos por medio de ondas sonoras reflejadas) el 22 de julio de 1913.

Una de las primeras unidades comerciales de ecosonda fue el Fessenden Fathometer, que usaba el oscilador Fessenden para generar ondas sonoras. Este fue instalado por primera vez por Submarine Signal Company en 1924 en el transatlántico M&M S.S. Berkshire.

Técnica

Diagrama mostrando el principio básico del eco sonando

La distancia se mide multiplicando la mitad del tiempo 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 [T÷2×(4700 pies por segundo o 1,5 km por segundo)] Para aplicaciones precisas de ecosondeo, como la hidrografía, la velocidad del sonido también debe medirse típicamente desplegando una sonda de velocidad del sonido en el agua. El sondeo de eco es efectivamente una aplicación de propósito especial del sonar que se utiliza para localizar el fondo. Dado que una unidad tradicional anterior al SI de la profundidad del agua era la braza, un instrumento utilizado para determinar la profundidad del agua a veces se denomina fatómetro.

La mayoría de las profundidades oceánicas graficadas usan una velocidad de sonido promedio o estándar. Cuando se requiera una mayor precisión, se pueden aplicar estándares promedio e incluso estacionales a las regiones oceánicas. Para profundidades de alta precisión, generalmente restringidas a prospecciones científicas o con fines especiales, se puede bajar un sensor para medir la temperatura, la presión y la salinidad. Estos factores se utilizan para calcular la velocidad real del sonido en la columna de agua local. Esta última técnica es utilizada regularmente por la Oficina de Estudios Costeros de EE. UU. para los estudios de navegación de las aguas costeras de EE. UU.

Uso común

Además de una ayuda para la navegación (la mayoría de los barcos más grandes tendrán al menos una sonda de profundidad simple), la ecosonda se usa comúnmente para pescar. Las variaciones en la elevación a menudo representan lugares donde se congregan los peces. También se registrarán cardúmenes de peces. Un buscador de peces es un dispositivo de ecosonda utilizado tanto por pescadores recreativos como comerciales.

Hidrografía

En áreas donde se requiere una batimetría detallada, se puede utilizar una ecosonda precisa para el trabajo de hidrografía. Hay muchas consideraciones cuando se evalúa un sistema de este tipo, que no se limitan a la precisión vertical, la resolución, el ancho del haz acústico del haz de transmisión/recepción y la frecuencia acústica del transductor.

Un ejemplo de un ecosodio de doble frecuencia de precisión, el Odom Teledyne MkIII

La mayoría de las ecosondas hidrográficas son de doble frecuencia, lo que significa que se puede transmitir un pulso de baja frecuencia (normalmente alrededor de 24 kHz) al mismo tiempo que un pulso de alta frecuencia (normalmente alrededor de 200 kHz). Como las dos frecuencias son discretas, las dos señales de retorno normalmente no interfieren entre sí. Hay muchas ventajas del ecosondeo de doble frecuencia, incluida la capacidad de identificar una capa de vegetación o una capa de lodo blando sobre una capa de roca.

Una captura de pantalla de la diferencia entre ecogramas de frecuencia simple y dual

La mayoría de las operaciones hidrográficas utilizan un transductor de 200 kHz, que es adecuado para trabajos costeros de hasta 100 metros de profundidad. Las aguas más profundas requieren un transductor de frecuencia más baja ya que la señal acústica de frecuencias más bajas es menos susceptible a la atenuación en la columna de agua. Las frecuencias comúnmente utilizadas para sondeos en aguas profundas son 33 kHz y 24 kHz.

El ancho de haz del transductor también es una consideración para el hidrógrafo, ya que para obtener la mejor resolución de los datos recopilados es preferible un ancho de haz estrecho. Cuanto mayor sea la frecuencia de funcionamiento, menor será el ancho del haz. Por lo tanto, es especialmente importante cuando se sondea en aguas profundas, ya que la huella resultante del pulso acústico puede ser muy grande una vez que llega a un fondo marino distante.

Una ecosonda multiespectral multihaz es una extensión de una ecosonda de haz vertical de doble frecuencia en que, además de medir dos sondeos directamente debajo del sonar en dos frecuencias diferentes; mide múltiples sondeos en múltiples frecuencias, en múltiples ángulos rasantes diferentes y en múltiples ubicaciones diferentes en el lecho marino. Estos sistemas se detallan más en la sección denominada ecosonda multihaz.

Las ecosondas se utilizan en aplicaciones de laboratorio para controlar el transporte de sedimentos, los procesos de socavación y erosión en modelos a escala (modelos hidráulicos, canales, etc.). Estos también se pueden utilizar para crear gráficos de contornos 3D.

Estándares para ecosondeos hidrográficos

La precisión y exactitud requeridas de la ecosonda hidrográfica están definidas por los requisitos de la Organización Hidrográfica Internacional (OHI) para levantamientos que se van a realizar según los estándares de la OHI. Estos valores están contenidos en la publicación S44 de la OHI.

Para cumplir con estos estándares, el topógrafo debe considerar no solo la precisión vertical y horizontal de la ecosonda y el transductor, sino también el sistema topográfico en su totalidad. Se puede usar un sensor de movimiento, específicamente el componente de oleaje (en ecosonda de un solo haz) para reducir los sondeos por el movimiento de la embarcación experimentado en la superficie del agua. Una vez que se hayan establecido todas las incertidumbres de cada sensor, el hidrógrafo creará un presupuesto de incertidumbre para determinar si el sistema de levantamiento cumple con los requisitos establecidos por la OHI.

Diferentes organizaciones hidrográficas tendrán su propio conjunto de procedimientos y manuales de campo para guiar a sus topógrafos a cumplir con los estándares requeridos. Dos ejemplos son la publicación EM110-2-1003 del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. y el 'Manual de procedimientos de campo' de la NOAA.

Ecosonda multihaz

Multibeam sonar se utiliza para mapear el fondo marino

Un ecosodio multibeam (MBES) es un tipo de sonar que se utiliza para mapear el fondo marino. emite ondas acústicas en forma de ventilador debajo de su transceptor. El tiempo necesario para las ondas sonoras para reflejar el fondo marino y volver al receptor se utiliza para calcular la profundidad del agua. A diferencia de otros sonares y sonadores de eco, MBES utiliza rayos para extraer información direccional de las ondas sonoras que regresan, produciendo un montón de sonidos profundos de un solo ping.