Эхолот что это?

Эхолот что это? Из чего состоит и как работает?

Эхолот использует звуковые волны, чтобы «видеть» в воде.

Эхолот — это гидролокатор, необходим для изучения и картографирования водных объектов. Поскольку звуковые волны распространяются в воде дальше, чем радарные и световые волны. В основном используют гидролокатор для разработки морских карт, определения подводных опасностей для навигации, поиска и картографирования объектов в толще воды и на дне, а также для рыбалки. Существует два типа гидролокаторов—активные и пассивные.

Активные преобразователи излучают в воду сигнал. Если объект находится на пути звукового импульса, звук отскакивает от объекта и возвращает “эхо” в гидроакустический преобразователь.

Из чего состоит эхолот?

Эхолот состоит из дисплея и датчика.

Датчик генерирует звуковые волны, отправляя их в толщу воды и получает эхо сигналы возвращающиеся обратно.

Дисплей оснащен компьютером, который обрабатывает полученную от датчика информацию. Он высчитывает и отображает полученную информацию от эхо сигналов, определяя расстояние и величину объекта.

Как работает система эхолота?

Поскольку принципиально работа эхолокаторов практически одинакова, можно вкратце описать ее так. Электрические импульсы генерируются в приемопередатчике эхолота. Далее импульсы отправляются в преобразователь и на выходе получаются звуковые волны. Волны доходя до объекта в толще воды возвращаются эхом к датчику. Преобразователь производит обратную работу: звуковые волны — в электрический импульс. Компьютер, в свою очередь, вычисляет время между отправкой импульса и получением обратно, переводит данные в расстояние и выводит их на дисплей. И на экране мы видим рельеф дна, обнаруженные на дне объекты и рыбу.

Принцип работы одинаков, тем не менее отображение на эхолотах бывает разное. Например, флешер отображает полосы различной интенсивности для отображения глубины до отраженных объектов. А современные дисплеи эхолотов предоставляют информацию в виде картинки, на которой цифрами написана глубина.

Что такое датчик и как он работает?

Датчик эхолота, он же трансдьюсер, является важнейшим элементом эхолота. Преобразователь трансформирует электрические импульсы в звуковые волны и обратно. Датчик не только посылает сигналы, но и затем принимает эхо отраженное от объектов в толще воды и дна. Благодаря этому эхолот «видит», что под водой. Причем датчик тратит около 1% своего времени на передачу и 99% на принятие эхо.

Как датчик выстраивает картину дна?

Эхо одних звуковых волн возвращается быстрее, чем других, хотя все волны распространяются с одинаковой скоростью. Это говорит о том, что некоторые объекты ближе к датчику. Например, на абсолютно плоском дне, вдруг один из сигналов возвращается быстрее, и мы понимаем, что там камень или изменение рельефа дна. Кстати, по отраженному сигналу мы можем сделать вывод о плотности объекта. Чем светлее и четче край объекта, тем он тверже. Мягкое илистое дно темнее с растушеванным не четким сигналом.

Как датчик эхолота определяет глубину?

Датчик эхолота фиксирует время между передачей звукового сигнала и получением отраженного эхо сигнала. Далее компьютер рассчитывает расстояние до объектов. Время между передачей сигнала и получением эха умножают на скорость звука в воде. Звук проходит через воду со скоростью около 1500 метров в секунду. Эхолот анализирует результат и отображает вычисленную глубину воды в цифрах пользователю.

И главное: как эхолот распознает рыбу?

У многих рыб есть плавательный пузырь. Его функция — обеспечение нулевой плавучести рыбы. Пузырь заполнен газом, дабы рыба не утонула под собственной тяжестью. На эхограмме видно отзвук от пузыря, так как его плотность отличается от плотности тела рыбы и плотности воды. Компьютер определяет разницу в полученных эхо сигналах и отражает их на дисплее. Причем, чем больше рыба, тем больший след останется на эхограмме.

Принцип работы эхолота

В настоящее время наиболее совершенными средствами измерения глубин являются эхолоты, которые обеспечивают полную автоматизацию промеров. Определение глубин с помощью эхолотов основано на измерении промежутка времени между моментом посылки ультразвукового сигнала по направлению ко дну и моментом возвращения отраженного от дна эхо-сигнала. По физической природе звук (ультразвук) представляет собой механические колебания частиц упругой среды, источником которых является помещенное в водную среду колеблющееся твердое тело. Колеблясь, источник звука вызывает периодическое сжатие и растяжение прилегающих слоев. Благодаря взаимодействию соседних элементов среды, упругие деформации передаются от одного участка к другому. В результате в водной среде образуются области сгущений и разряжений, которые последовательно удаляются от источника колебаний. Этот процесс называется распространением акустической волны.

Прием и излучение ультразвуковых сигналов у эхолотов производится акустическими антеннами. Основной частью ультразвуковых антенн являются электроакустические преобразователи (вибраторы), в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую и наоборот. Поверхность вибратора находится в соприкосновении с водной средой. В режиме излучения сигнала под действием переменного магнитного или электрического поля поверхность вибратора приходит в состояние колебания, передаваемого водной среде. В режиме приема поверхность вибратора под действием отраженной звуковой волны начинает совершать механические колебания, преобразуемые в электрический сигнал. В настоящее время применяются акустические преобразователи, обладающие магнитострикционным или пьезоэлектрическим эффектом.

Явление изменения линейных размеров ферромагнитных тел (железо, никель, кобальт) при изменении напряженности пронизывающего их магнитного поля или изменение магнитного состояния этих тел вследствие их деформации под действием механических сил называется магнитострикцией.

Прямым магнитострикционным эффектом называется явление изменения линейных размеров ферромагнетиков при помещении их в переменное магнитное поле. Прямой эффект используется в передающих антеннах.

Изменение напряженности магнитного поля, создаваемого поляризованным (намагниченным) ферромагнетиком вследствие изменения его линейных размеров под действием внешних сил, называется обратным магнитострикционным эффектом. Обратный эффект используется в приемных антеннах.

Конструктивно магнитострикционный преобразователь представляет собой пакет никелевых пластин, который охватывает катушка (обмотка). В передающих антеннах для создания переменного магнитного поля в пакете пластин через катушку пропускают переменный ток. Находясь в переменном магнитном поле, предварительно намагниченные пластины изменяют свою длину с той же частотой, с которой меняется магнитное поле. Механические колебания вибратора передаются водной среде, что приводит к излучению ультразвукового сигнала.

В приемных антеннах с обмотки снимают электрический сигнал, наводимый переменным магнитным полем, возникающим при деформациях пакета пластин. Отразившийся от дна ультразвуковой сигнал воздействует на предварительно намагниченный пакет никелевых пластин и изменяет его продольные размеры. В результате механических колебаний вибратора возникает магнитное поле, которое наводит электрический импульс в охватывающей пакет обмотке.

Пакет вибратора-излучателя и вибратора-приемника располагают в одном водонепроницаемом корпусе – обтекателе забортного устройства. Забортное устройство снабжено приспособлением для крепления его к борту судна при выполнении промеров глубин. При этом обтекатель забортного устройства устанавливают параллельно поверхности воды. Его нижняя плоскость должна быть заглублена не менее чем на 0,3 м.

Действие пьезоэлектрических преобразователей основано на пьезоэффекте, которым обладают некоторые естественные и искусственные кристаллы. В настоящее время в качестве пьезоэлектрического материала используется керамика титаната бария или цирконата титаната свинца.

Прямым пьезоэлектрическим эффектом называется явление, состоящее в том, что при деформациях сжатия или растяжения поляризованного кристалла, на его поверхности появляются электрические заряды. Этот эффект используется в вибраторах-приемниках.

Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в том, что кристалл, помещенный в электрическое поле, будет изменять свои линейные размеры с частотой изменения электрического поля. Это свойство используется в излучающих антеннах.

Поскольку пьезоэлектрические преобразователи обычно обладают и прямым и обратным пьезоэффектом, то у многих эхолотов для излучения и приема ультразвука используется одна и та же антенна.

Принцип определения глубины с помощью эхолота заключается в измерении промежутка времени Dt между посылкой ультразвукового импульса и приходом отраженного от дна эхо-сигнала. Считая скорость распространения ультразвука в воде C₀ постоянной, глубина h определится по формуле: . При температуре воды 15°C скорость распространения ультразвука составляет ≈1465 м/с.

Структурная схема эхолота представлена на рис. 20. Блок управления БУ предназначен для включения, настройки, регулировки эхолота и контроля за его работой.

Рис. 20. Структурная схема эхолота

Блок питания БП служит для преобразования постоянного тока источника питания ИП (аккумулятор или судовая сеть) в переменный ток с последующим его выпрямлением в постоянные токи различных напряжений для питания электрических цепей эхолота.

Генератор Г вырабатывает электрические импульсы заданной частоты и подает их на электроакустический преобразователь (вибратор-излучатель ВИ), который излучает ультразвуковой сигнал в водную среду.

Отраженный от дна эхо-сигнал поступает на вибратор-приемник ВП, где преобразуется в электрический сигнал, который после усиления в усилителе У поступает на индикатор И. Индикатор И принимает сигналы, фиксирует их и управляет посылкой следующих импульсов генератором.

По способу определения промежутка времени эхолоты подразделяются на приборы с электромеханической разверткой времени и с электронной разверткой времени. Существуют также комбинированные эхолоты, использующие оба принципа развертки времени.

Электромеханическая развертка времени реализуется в электромеханических самописцах. Электронная – в цифровых указателях глубин, использующих либо цифровой индикатор, либо электронный самописец (жидкокристаллический дисплей) с блоком памяти, либо их комбинацию.

Ультразвуковые эхолоты

Ультразвуковые эхолоты сегодня считаются самыми распространенными рыбопоисковыми приборами. Основное их назначение – получение информации о глубине нахождения объектов. Однако производители оснащают приборы дополнительными функциями, за счет чего на экран передается также информация о температуре воды или скорости движения. Такие эхолоты стабильно работают при низких температурах, а также при большой скорости передвижения судна.

Ультразвуковые рыбопоисковые приборы имеют функции для результативной рыбалки: отображение рельефа дна и рыбы, изменение масштаба, автоматическая настройка, звуковая сигнализация и т.д. Модельный ряд достаточно разнообразен. Наиболее популярные приборы производят такие фирмы, как Garmin, Humminbird, LOWRANCE, Lucky и т.д.

Что такое ультразвуковой эхолот?

Ультразвуковой эхолот представляет собой устройство, которое вырабатывает высокочастотные импульсы через определенные промежутки времени. Дно водоемов имеет неоднородную структуру (глина, песок, камни, растительность), которая по-разному отражает звуковые волны. Отраженные сигналы преобразуются в электрические импульсы, и так на экране появляется информация об особенностях водоема.

Устройство состоит из экрана, трансдьюсера и датчика с излучателем. Сегодня самыми распространенными являются двухлучевые трансдьюсеры, работающие на частоте 50 и 200 килогерц. Для глубин менее 50 метров предпочтительнее частота 200 килогерц, а для больших глубин – 50 килогерц. Сканирование производится как на одной конкретной частоте, так и на двух одновременно. При этом угол обзора меняется от 8 до 45градусов. Преобразователь может устанавливаться на транце, непосредственно на днище судна или с внутренней стороны корпуса.

Как выбрать ультразвуковой эхолот

При выборе ультразвукового эхолота необходимо изучить технические характеристики. Большой цветной экран с функцией разделения потребуется при профессиональном подходе, когда эхолот оснащен дополнительными функциями, а трансдьюсер имеет от трех до шести рабочих лучей. Просто монохромный экран подойдет для любителей рыбалки, которые работают с однолучевым или двухлучевым датчиком. Для морской рыбалки потребуется мощный эхолот, сканирующий на большой глубине с усиленным влагозащитным корпусом. Для любительской ловли рыбы на пресном водоеме можно ограничиться эхолотом мощностью до 200 Вт, сканирующим на глубине до 100 метров.

ТОП 5 моделей ультразвуковых эхолотов

Dragonfly-5 DVS – рыбопоисковый эхолот с двухканальным датчиком. Оснащен жидкокристаллическим экраном Optical Bonding. Изображение высокого качества выводится на экран при любой погоде. Технология CHIRP обеспечивает обработку сигналов в широкочастотном спектре. Прибор имеет встроенный температурный датчик. Специальное крепление позволяет легко установить дисплей, а также развернуть или наклонить его при необходимости.

Имеет следующие технические характеристики:

• цветной экран с разрешением 800 на 480 пикселей;

• водонепроницаемый корпус IPX7;

• кабель трансдьюсера – 6 м;

• встроенный сенсор температуры;

• рабочая глубина до 275 м;

• возможность увеличения изображения;

• звуковое оповещение при изменении глубины и обнаружении рыбы;

• стабильно работает при температуре до +55 градусов.

Garmin Striker 4 – простой эхолот с цветным экраном. Имеет встроенный модуль GPS, что позволяет сохранять маршрутные точки. Простое меню на русском языке, понятная кнопочная панель управления. Дополнительная функция Smooth Scaling™ обеспечивает непрерывное изображение, даже при переключении диапазона глубины.

Имеет следующие технические характеристики:

• цветной экран с разрешением 320 на 480 пикселей;

• водонепроницаемый корпус IPX7;

• рабочие частоты от 50 до 200 килогерц;

• встроенный сенсор температуры и модуль GPS;

• рабочая глубина до 487 м;

• мощность – 200 Вт;

• звуковое оповещение при изменении глубины и обнаружении рыбы.

Lowrance Elite-5 HDI – ультразвуковой эхолот-навигатор с цветным пятидюймовым экраном. Определяет размер рыбы и глубину ее нахождения, отображает рельеф и структуру дна, поддерживает NMEA 0183, поддерживает карты памяти. Излучатель имеет два луча, которые способны работать на четырех частотах. Есть возможность записи и сохранения до 3000 маршрутных точек.

Имеет следующие технические характеристики:

• цветной экран с разрешением 480 на 480 пикселей;

• водонепроницаемый корпус IPX7;

• рабочие частоты – 83, 200, 455 и 800 килогерц;

• встроенный сенсор температуры и модуль GPS;

• рабочая глубина до 305 м;

• мощность – 250 Вт;

• звуковое оповещение при изменении глубины и обнаружении рыбы.

Lowrance X50 DS – компактный и недорогой двухлучевой эхолот. Оснащен технологией ASP, которая автоматически настраивает сигнал при изменении скорости, глубины и т.д. экран имеет специальную подсветку, которая обеспечивает хорошее качество изображения в любое время суток. Меню на русском языке, понятное кнопочное управление. Общий угол обзора достигает 120 градусов.

Имеет следующие технические характеристики:

• монохромный экран с разрешением 240 на 160 пикселей;

• водонепроницаемый корпус IPX7;

• рабочая частота – 83 и 200 килогерц;

• встроенный сенсор температуры, опциональный датчик скорости;

• рабочая глубина до 305 м;

• пиковая мощность – 1500 Вт;

• стабильная работа на скорости до 70 км в час;

• звуковое оповещение при изменении глубины и обнаружении рыбы.

Humminbird PiranhaMax 197cx DI – мощный ультразвуковой эхолот, который способен обнаружить рыбу в труднодоступных местах. Обеспечивает передачу информации практически в фотографическом качестве. Имеет функции Bottom Black View и Fish ID+. Настройки автоматически сохраняются в памяти прибора даже при экстренном выключении.

Имеет следующие технические характеристики:

• цветной экран с диагональю 3,5 дюйма;

• рабочая частота – 455 и 200 килогерц;

• встроенный сенсор температуры, опциональный датчик скорости;

• рабочая глубина — 183 м;

• пиковая мощность – 2400 Вт;

• общий угол обзор – 74 градуса;

• звуковое оповещение при изменении глубины и обнаружении рыбы.