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.

Принцип работы эхолота

Принцип работы эхолота

Всепроникающим оком видеть, где плавает самое большое количество рыбы – мечта любого рыбака. Эхолот как раз то устройство, которое и позволяет это делать.

Он необходим для выполнения следующих функций:

1. Определения глубины, рельефа донной поверхности.
2. Поиск рыбы, ее скоплений.
3. Специальные возможности, в зависимости от производителя.

В комплекте должно идти два блока. Первый – это экран с микрокомпьютером, который обрабатывает информацию, второй – непосредственно датчик, воспринимающий информацию.

Кроме таких основных параметров, определяющих класс эхолота, как частота и количество лучей, имеет значение также и качество дисплея. Чем выше разрешение (больше точек, из которых состоит изображение) – тем более точные данные вы увидите.

Также, стоит обратить внимание на аккумуляторы. Скорее всего, блок питания вам придется покупать отдельно, так как он зачастую не включен в комплект. Разве, что у достаточно дорогих моделей.

Аккумулятор можно покупать маленький и не мощный. Данное устройство потребляет немного энергии и способно проработать на 4-7 ампер-часах около двух суток без всякого отдыха.

Данное устройство можно использовать как стационарно, прикрепив к лодке, так и с временным креплением. Этот прибор не является сверхточным, поэтому у разных моделей могут быть разные результаты.

Дело в том, что на экране показываются все предметы, находящие в зоне действия луча, то есть все коряги, водоросли и прочее.

Как работает?

Работа данного устройства основана на взаимодействии таких элементов, как микрофон, таймер и громкоговоритель. В современных моделях, первая и вторая часть объединены в один корпус для удобства использования.

Источник звука, то есть громкоговоритель, производит луч определенного диаметра, направляя его на дно водоема. Отражаясь, он возвращается к прибору и воспринимается микрофоном. Время, за которое происходит процесс, засекается таймером. Основываясь на том, что скорость звука в воде равна 1440 метров за одну секунду, проводится расчет того, где находится дно и какие препятствия на пути к нему.

Для подробных расчетов в корпус встроен микрокомпьютер, который обрабатывает данные и выдает на экран соответствующее изображение. Его качество зависит от количества лучей, их частоты и разрешения самого дисплея.

Сочетание громкоговорителя и микрофона называют преобразователем. Основой этого прибора является специфический искусственный кристалл, который и оперирует энергией. Диаметр луча зависит от формы этого элемента. В большинстве своем кристаллы устанавливаются цилиндрической формы.

Разновидности

Существуют разные виды эхолота. Это зависит от количества лучей и их частоты. Чем больше показатели, тем точнее картинка.

Существует пять видов приборов, которые делятся по этим показателям:

1. Однолучевые и самые распространенные устройства, стоят недорого, подходят для небольших водоемов. Имеют только один луч, направленный на дно и вычисление глубины попутно показывает все проплывающие предметы.
2. Двулучевые обладают двумя лучами, один из которых направленный на дно и соответственно он определяет глубину и рельеф дна, а второй, менее мощный, излучается в саму толщу воды и ищет рыб.
3. Трехлучевые имеют три луча, идущие в прямой очередности, и за счет этого имеют сравнительно большой охват территории, данная разновидность позволяет узнать, кроме всего прочего, еще и местоположение объекта.
4. Четырехлучевые эхолоты имеют такую же конструкцию, как и в первом варианте, только с добавлением еще одного луча меньшего диаметра в центральном круге, который предназначен не для изучения дна, а для поиска рыб в толще воды.
5. Многолучевые эхолоты – самый дорогой, но и лучший вариант; вмещая в себя около 11 лучей, они могут показывать трехмерную картинку, что значительно упрощает понимание пространства под водой.

Как разобрать информацию на экране

Разбираться с картинкой на экране нужно опираясь на то, сколько лучей у вашего прибора.

Если один, соответственно изображение будет плоским и все коряги, рыба и прочие предметы в ровном движении будут показываться ровной линией.

Если, например, рыба плывет вверх, к наживке, картинка покажет вам дугу.

Двулучевой будет более четко показывать дно, трехлучевой продемонстрирует, кроме всего прочего, еще и место в пространстве.

Многолучевой эхолот демонстрирует трехмерную картинку, в которой разбираться значительно проще.

Также существует автоматический режим распознания рыбы, однако, он не надежен. Здесь, в качестве будущего улова, прибор может принять помехи в воде или какой-нибудь хлам.

Как правильно пользоваться эхолотом

Принцип действия

Эхолот для рыбалки способен распознавать рельеф дна и объекты под водой с использованием звуковых волн определённой частоты, применяя для этого входящие в его состав узлы. Среднестатистический прибор состоит из четырёх основных элементов:

• Излучатель. Эта деталь посылает в воду звуковые импульсы с высокой частотой под определённым углом. Достигая дна или соприкасаясь с препятствием, они отражаются от него, возвращаясь в отправную точку, где их улавливает следующий элемент.
• Приёмник. Он необходим, чтобы фиксировать сигналы отражённых звуковых импульсов. Этот должен обладать высокой чувствительностью, чтобы различать идущие одна за другой волны от расположенных близко предметов. Чем точнее работает улавливатель, тем более чётко следующий элемент может идентифицировать объекты, находящиеся на дне.
• Преобразователь. Эта часть отвечает за превращение электрических импульсов в звуковые, испускаемые излучателем, а также обратно, когда отражённые волны фиксируются приёмником. Благодаря преобразователю осуществляется конвертация звука в наглядное изображение донного рельефа. Происходит это за счёт того, что скорость звука в воде постоянна, и, измерив время возвращения импульса, можно определить расстояние до препятствия, от которого он отразился, и его примерные габариты. Далее информация передаётся на последний узел прибора.
• Дисплей. Современные эхолоты для рыбалки не всегда оснащаются отдельным экраном. Нередко они имеют возможность сопряжения со смартфонами, чтобы просматривать данные прямо на них. Если же он присутствует, на него поступает информация в виде картинки, на которой отображаются сведения о донном рельефе, препятствиях и скоплениях рыбы. От качества экрана во многом зависит детализация данных, которые видит рыболов.

Несмотря на то, что волны, излучаемые передатчиком эхолота, являются звуковыми, ни человек, ни рыба не способны их услышать, поэтому рассказы о там, что прибор распугивает добычу, не соответствуют действительности. Совместная работа всех элементов позволяет рыболову определять с помощью прибора, что находится на дне, на какой глубине, какой имеет размер, и благодаря этому эффективно выбирать места и способы будущей ловли.

По назначению можно выделить три основных типа эхолотов:

• Береговые. Это беспроводные приборы, датчик которых прикрепляется к концу лески; забрасываются в воду для исследования рельефа дна на незнакомых участках. Как правило, такие эхолоты стоят сравнительно недорого, обладают широким углом обзора, однако и детализацию имеют небольшую. В настоящее время они не пользуются слишком большой популярностью.
• Лодочные. Обычно это более серьёзные модели, нежели береговые. Они часто имеют более 1 луча, что позволяет им охватывать широкие участки дна. Такие приборы способны работать во время движения, имеют достаточно высокую детализацию. Глубина обнаружения у них больше, чем у береговых, поскольку их нередко используют на достаточно больших водоёмах. К тому же на них нередко устанавливаются дополнительные опции, вроде измерения скорости лодки и температуры воды. Они хорошо подходят и для исследования донного рельефа, и для поиска рыбы.
• Подлёдные. Такие устройства создаются с учётом экстремальных условий использования во время морозов. При этом угол их обзора, как правило, не слишком велик, поскольку он в любом случае ограничивается слоем льда, из-за чего фиксируется только дно непосредственно под лункой и небольшой угол вокруг.

Возможные функции

Разные варианты эхолотов могут иметь отличные друг от друга возможности, однако стоит рассмотреть основной функционал, который можно встретить в наиболее распространённых моделях.

• Чувствительность. Регулировка этого параметра отвечает за то, какой точностью будут определяться предметы, а также начиная с какого размера цели будут отображаться на экране.
• Сигнализация, или alarm. Эта функция позволяет выставить условия, в которых прибор подаст рыболову сигнал. Обычно это появление в радиусе обзора рыбы или сильного изменения донного рельефа.
• Глубина. Цифровой индикатор, демонстрирующий, на какой глубине находится тот или иной участок дна или объект. В зависимости от модели может иметь различный вид.
• Greenline. Этот режим позволяет дифференцировать сигналы по интенсивности отражения. Например, твёрдое дно будет выглядеть на дисплее более чётким, чем мягкий ил.
• ASP. Функция подавления помех. Часто работает в нескольких режимах, которые можно переключать в зависимости от интенсивности «шума» на экране. Однако постоянное её использование на максимальной мощности всё же не рекомендуется – эффективнее будет определить и устранить источник помех. Иногда это может быть работающий мотор лодки, расположенный слишком близко к датчику.

Некоторые модели в эхолоте имеют встроенный GPS, что позволяет им привязывать свои показания к картам в реальном времени, что очень удобно, если необходимо разведать рельеф дна водоёма на будущее.

Принцип работы эхолота

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.