La ecosonda o sondeo de profundidad es el uso del sonar para medir distancias , 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 con fines de navegación o para obtener profundidades con fines cartográficos .
El sondeo por eco también se puede utilizar para alcanzar otros objetivos, como bancos de peces . Las evaluaciones hidroacústicas han empleado tradicionalmente estudios móviles desde barcos para evaluar la biomasa de peces y las distribuciones espaciales. Por el contrario, las técnicas de ubicación fija utilizan transductores estacionarios para monitorear el paso de los peces.
La palabra sondeo se utiliza para todo tipo de mediciones de profundidad, incluidas aquellas que no utilizan sonido , y no tiene relación en origen con la palabra sonido en el sentido de ruido o tonos. La ecosonda es un método más rápido para medir la profundidad que la técnica anterior de bajar una línea de sonda hasta tocar el fondo.
El inventor alemán Alexander Behm obtuvo la patente alemana nº 282009 por la invención del ecosonda (dispositivo para medir las profundidades del mar y las 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 (relacionado con Marie Curie ) y más conocido por su trabajo de investigación en física nuclear fue reclutado por laboratorios de la marina francesa al comienzo de la Segunda Guerra Mundial y realizó investigaciones (entonces secretas) 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 Martí. Aunque un échosondeur (sonar) completamente operativo no estaba listo para su uso en tiempos de guerra, ya en 1920 se llevaron a cabo pruebas exitosas tanto en Toulon como en la Mancha (Canal) y se tomaron patentes francesas para usos civiles. Los buques oceanográficos y los buques franceses de asistencia a la pesca en alta mar estaban equipados con sonares de grabación Langevin-Florisson y Langevin Marti ya a mediados o finales de los años 20 [4]
Una de las primeras unidades comerciales de ecosondeo fue el Fessenden Fathometer, que utilizaba el oscilador Fessenden para generar ondas sonoras. Fue instalado por primera vez por Submarine Signal Company en 1924 en el transatlántico M&M SS Berkshire. [5]
La distancia se mide multiplicando la mitad del tiempo desde el pulso saliente de la señal hasta su regreso por la velocidad del sonido en el agua , que es aproximadamente 1,5 kilómetros por segundo [T÷2×(4700 pies por segundo o 1,5 km por segundo)] para En aplicaciones precisas de ecosondeo, como la hidrografía , la velocidad del sonido también debe medirse, por lo general, desplegando una sonda de velocidad del sonido en el agua. El sondeo de eco es efectivamente una aplicación de sonar de propósito especial que se utiliza para localizar el fondo. Dado que una unidad tradicional de profundidad del agua anterior al SI era la braza , un instrumento utilizado para determinar la profundidad del agua a veces se llama brazas .
La mayoría de las profundidades oceánicas cartografiadas utilizan una velocidad del sonido promedio o estándar. Cuando se requiere una 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 calcular la velocidad real del sonido en la columna de agua local. Esta última técnica la utiliza regularmente la Oficina de Estudios Costeros de EE. UU. para estudios de navegación en las aguas costeras de EE. UU. [6]
Una ecosonda de haz único es uno de los tipos de sonar submarino más simples y fundamentales. Son omnipresentes en el mundo de la navegación y se utilizan en varios vehículos robóticos marinos diferentes. Funciona mediante el uso de un transductor para emitir un pulso a través del agua y escuchar el retorno de los ecos. Usando esos datos, es capaz de determinar la distancia desde el eco más fuerte, que puede ser el fondo del mar, una estructura de concreto u otro obstáculo más grande. [7] Una sonda de pesca es un dispositivo de ecosondeo utilizado tanto por pescadores recreativos como comerciales.
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Además de ser 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 de elevación a menudo representan lugares donde se congregan los peces. También se registrarán bancos de peces. [8]
En zonas donde se requiere una batimetría detallada , se podrá utilizar una ecosonda de precisión para los trabajos de hidrografía. Hay muchas consideraciones al evaluar 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 .
La mayoría de las ecosondas hidrográficas son de doble frecuencia, lo que significa que un pulso de baja frecuencia (normalmente alrededor de 24 kHz) se puede transmitir 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 de la ecosondeo de doble frecuencia, incluida la capacidad de identificar una capa de vegetación o una capa de barro blando sobre una capa de roca.
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, más estrecho será el ancho del haz. Por lo tanto, es especialmente importante cuando se realizan sondeos 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 el sentido de que, además de medir dos sondeos directamente debajo del sonar en dos frecuencias diferentes; mide múltiples sondeos en múltiples frecuencias, en múltiples ángulos de pastoreo diferentes y en múltiples ubicaciones diferentes en el fondo marino. Estos sistemas se detallan con más detalle en la sección denominada ecosonda multihaz .
Las ecosondas se utilizan en aplicaciones de laboratorio para monitorear el transporte de sedimentos, los procesos de socavación y erosión en modelos a escala (modelos hidráulicos, canales, etc.). También se pueden utilizar para crear trazados de contornos 3D.
La precisión y exactitud requeridas de la ecosonda hidrográfica están definidas por los requisitos de la Organización Hidrográfica Internacional (OHI) para los estudios que deben realizarse según las normas de la OHI. [9] Estos valores están contenidos en la publicación S44 de la OHI.
Para cumplir con estos estándares, el topógrafo debe considerar no sólo la precisión vertical y horizontal de la ecosonda y el transductor, sino también el sistema topográfico en su conjunto. Se puede utilizar un sensor de movimiento, específicamente el componente de oleaje (en ecosonda de haz único) para reducir los sondeos del movimiento de la embarcación experimentado en la superficie del agua. Una vez establecidas 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.
Las 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. [10] y el 'Manual de procedimientos de campo' de la NOAA. [11]
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Medios relacionados con el sonido del eco en Wikimedia Commons