Валерий Евстратов - Эхолоты и GPS навигаторы
Количество лучей
Какое-то время назад эхолоты в основном были однолучевыми. Сейчас они постепенно вытесняются из номенклатуры фирм-производителей двухлучевыми, причем их цена становится сопоставима с ценам однолучевых эхолотов. Два луча получаются за счет наличия двух частот – 50 и 200 кГц, поэтому эхолоты называют двухчастотными. Такие приборы могут работать как на одной из двух частот, так и одновременно на двух.
Существуют так же и экзотические модели производства фирмы Humminberd, в которых формируются три и шесть лучей – для расширения зоны просмотра в первом случае и для создания псевдотрехмерной картины во втором.
Способы установки преобразователя
Существуют три основных способа установки преобразователя – с внутренней стороны корпуса («in-hull»), на транце и на днище («Thru-hull»).
Рабочая частота
Глубина обнаружения подводных объектов и точность их различения при одинаковой мощности излучения зависит от частоты.
В выпускаемых ранее эхолотах использовались либо высокие (192 кГц – в эхолотах Lowrance и Eagle, 200 кГц – в эхолотах Garmin, Raymarine и др.) либо низкие – 50 кГц. В настоящее время, в связи с широким распространением двухчастотных эхолотов, остались лишь две частоты – 50 и 200 кГц, позволяющие использовать один кристалл для работы на двух частотах одновременно и порознь.
Как уже отмечалось, ширина диаграммы излучения обратно пропорциональна частоте излучения – чем выше частота излучения, тем уже конус, и тем самым выше плотность заключенной в нем звуковой энергии, а отсюда – большая глубина и лучшая способность обнаружения мелких объектов, более подробное отображение на экране.
При работе на низких частотах ширина конуса намного шире и, соответственно, плотность энергии в конусе меньше со всеми вытекающими отсюда последствиями. Но, с другой стороны, более широкая диаграмма излучения позволяет обнаруживать рыбу в более широкой зоне, чем при работе на высокой частоте.
Появление двухчастотных эхолотов позволило объединить достоинства каждой из частот в одном приборе и избавило покупателя от необходимости разрешать проблему выбора эхолота с широким или узким лучом. Современные двухчастотные (двухлучевые) эхолоты позволяют работать с одним из двух имеющихся лучей, а также с обоими сразу.
Фирмы-производители рыбопоисковых эхолотов обычно выпускают большое количество моделей преобразователей с различными углами излучения. Так, компания Garmin предлагает преобразователи на частоте 200 кГц с углами конуса от 8 до 20 градусов, на частоте 50 кГц – с углом 45 градусов. Двухлучевые эхолоты этого производителя имеют ширину луча 15 и 45 градусов. Примерно такие же показатели имеют преобразователи и других фирм. Следует отметить, что преобразователи производят и поставляют всем изготовителям эхолотов несколько специализированных фирм.
Эффективность эхолота
Эффективность работы преобразователя зависит от ряда факторов – от окружающей среды, от частоты, места расположения, скорости судна, характеристик прибора и многого другого. Влияние некоторых из них будет рассмотрено ниже.
Влияние среды распространения звука
Вода, являясь средой распространения созданных преобразователем ультразвуковых волн, оказывает существенное влияние на работу эхолота, поэтому знание особенностей прохождения волн в воде полезно владельцу для эффективного использования прибора.
На эффективность работы оказывают влияние следующие характеристики среды распространения:
1. Затухание энергии звуковых волн в воде;
2. Наличие отражений звуковых волн в воде. Затухание звуковой энергии в воде состоит из двух составляющих – затухание свободного пространства и затухание в среде распространения.
Затухание свободного пространства – это абстрагированное от среды распространения, зависящее только от дальности, ослабление звуковой энергии.
При активной гидролокации, когда звук проходит одно и то же расстояние дважды, затухание свободного пространства пропорционально четвертой степени глубины.
Затухание энергии звуковых волн в воде объясняется ее поглощением и рассеиванием находящимися в воде минеральными и органическими частицами, микроорганизмами и пузырьками воздуха.
Наименьшее затухание вносит пресная холодная вода – из-за низкой температуры она обладает более высокой плотностью и в ней находится минимум органики. В пресной воде с одинаковым успехом можно пользоваться эхолотами как с низкой, так и с высокой частотами излучения.
Соленая морская вода, напротив, содержит большое количество солей, планктона и минеральных частиц, особенно в хорошо прогретых верхних слоях моря, поглощающих и рассеивающих энергию звуковых волн. Значительное ослабление энергии в соленой воде вносят содержащиеся в ней пузырьки воздуха, возникающие при образовании ветровых волн.
Отражения в любой среде – в воде, в воздухе – образуются неоднородностями, отличными по плотности от среды. Ими могут быть какие-либо предметы (камни, грунт, рыба, растительность, воздушные пузыри), либо слои воды с разной температурой (так называемые термоклины, речь о которых пойдет позже). Здесь можно провести аналогию со стеклом – будучи прозрачным, оно отражает часть падающего на него света обоими поверхностями – границами перехода от малой плотности воздуха к большой плотности стекла и, наоборот – от большей плотности к меньшей.
В зависимости от перепада температур степень отражения волн может быть различной, вплоть до полного (чем пользуются подводники, уходя от сонаров противолодочных кораблей). На практике чисто зеркальное отражение встречается нечасто, обычно оно из-за неравномерности по глубине термоклина бывает диффузным, т.е. рассеянным. В глубоких водоемах может быть несколько тер-моклинов.
Если в пресной воде затухание звуковой энергии на разных частотах практически одинаковы, то в морской воде затухание и отражение от термо-клинов с ростом частоты увеличивается. Поэтому в эхолотах, предназначенных для поиска рыбы в море, используются частоты 50 кГц, а в некоторых профессиональных эхолотах для больших глубин применяется частота 28 кГц.
Отражающие свойства дна
Дно пресноводных водоемов и морей имеет неоднородную структуру, включающую разнообразные по плотности грунты – ил, песок, глину, каменную плиту, галечные россыпи, покрытые, как правило, разнообразной растительностью. Все эти виды грунтов имеют разную способность отражать и поглощать звуковые волны. Камни и глина хорошо отражают звуковые волны, создавая на экране широкую линию. Мягкие грунты – ил и песок, а также растительность плохо отражают волны, создавая на экране тонкую линию. В то же время мягкие грунты проницаемы для ультразвука, потому на экране эхолота можно наблюдать под ними более плотные подстилающие поверхности.
Влияние расположения преобразователя
Преобразователь с установкой внутри корпуса Преобразователи «in-hull» прикрепляются прямо к внутренней стороне корпуса судна. Они применяются только на судах с корпусом из стеклопластика. Преобразователи этого типа не подходят для судов с металлическим и деревянными корпусами, а также с многослойными стеклопластиковыми корпусами с пористым наполнителем.
Преобразователь «In-Hull» обычно крепится к стеклопластиковой обшивке с помощью эпоксидного клея. Применение пластичных герметиков для его крепления недопустимо из-за их плохой акустической проводимости. Преобразователи необходимо устанавливать так, чтобы между ними и водой была только обшивка корпуса без каких-либо усиливающих или повышающих плавучесть вставок.
При использовании преобразователя «In-hull» звуковые волны проходят через стеклопластиковую обшивку корпуса, теряя при этом часть энергии, в результате чего снижается максимальная глубина и возможность обнаружения рыбы.
Преобразователь с установкой на транец
Преобразователи этого типа (рис. 4.) используются, как правило, на небольших тихоходных судах.
Преобразователи этого типа устанавливаются на расположенный на транце специальный кронштейн ниже уровня воды. Конструкция кронштейна позволяет преобразователю откидываться при наезде на какое-либо препятствие, предотвращая тем самым повреждение преобразователя и транца.
Достоинства такой установки – простота монтажа, демонтажа и обслуживания. Недостаток – нахождение рядом с гребными винтами, вращение которых приводит к возмущениям воды, снижающим эффективность преобразователя. Если на малых оборотах еще можно найти подходящее место на транце, то на больших и скоростных судах работающие на больших оборотах винты создают сильное возмущение воды, насыщают воду пузырьками воздуха, которые экранируют преобразователь, практически исключая возможность работы.
