Ekkolodder. af: Jens Sahl Why Worry

Transkript

1 Ekkolodder af: Jens Sahl Why Worry

2 Jens Sahl Why Worry Fisket fra båd siden 1990 Ingeniør (Svagstrøm / software) Oticon høreapparater Optisk / magnetisk Måleudstyr

3 Agenda Hvordan virker ekkoloddet Bølgeteori Sende frekvens og effekt Transducere Strålebredde (vinkel) Type Q CHIRP Structurescan / Sidescan

4 Apparat (black box) og transducer

5 Sådan virker ekkoloddet Ekkoloddet sender en elektrisk puls til transduceren Transduceren udsender lyd/trykbølger Lydbølger reflekteres af et objekt evt. fisk eller havbund. Transduceren inducere en spænding som kan måles af ekkoloddet. r[m] = V m s t[s] 2 Lydens hastighed i vand er ~ 1480 m/s Hastigheden afhænger af saltholdighed, temperatur m.m.

6 Bølge teori En bølge udbreder sig indtil den rammer et nyt medie. Når det sker vil den: 1. Reflekteres 2. Brydes 3. Scatter (spredes) Hvor en stor del af bølgen der reflekteres afhænger af vinkel og forskellen i blandt andet densitet på de 2 medier Stof Lydens hastighed [m/s] Bly ,34 Jern (rent) ,88 Aluminium ,7 Rustfrit stål 18Cr-8Ni ,03 Glasfiber ,5 Vand 1480 Saltvand fra Det Døde Hav 1533? 1,26 Olie ,8 Atmosfærisk luft 343 massefylde (x1000kg/m³ eller g/cm³) 1,000 (ved 3,8 grader) 1,29 kg/m³ (= 1,29 g/liter) Ben (menneske) ,3-1,8

7 Frekvens / Bølgelængde F [HZ] Bølgelængde [mm] 50 khz 30 mm 83 khz 18 mm 200 khz 7,5 mm 455 khz 3,3 mm 800 khz 1,9 mm Bølgelængden kan beregnes når man kende frekvens og lydens hastighed i vand: λ [m] = V[m] * f [Hz] Hvis et objekt skal returnere et ekko skal objektet være større end en bølgelængde.

8 Tab gennem vandet Tab af signal pr kilometer ved 20 gr C. f [khz] Salinitet: 10 Tab [db] Salinitet: 30 Tab [db] , Tabet ned gennem vandet stiger med frekvensen. (Derfor virker structure scan ikke på dybt vand ) Kan vi ikke bade øge effekten? En fordobling af power svarer til 3 db. Effekten / intensiteten fordeles over et større areal når radius øges.

9 Sende effekt Sende effekt er en afgørende faktor for hvor dybt et ekkolod kan måle. Effekt opgøres i rms eller peak-to-peak. Forholdet mellem de 2 er faktor = 8 Typisk duty-cycle er ca 1% Kan vi ikke bare øges puls tiden? B744V 600W B W

10 R = c T 2 Lange pulstider = dårlig separation. Korte pulstider = god separation.

11 Transducer strålebredde Transducerens strålebredde fortæller hvor fokuseret energien er. Airmar opgiver deres værdier ved - 3dB. Her er effekten faldet til del halve i forhold til center linjen. Andre kan opgive deres ved -6 db eller -10 db. Det kan gøre det svært at sammenligne Transducere er lavet af piezo krystaller. Lav frekvenser har typisk større båndbrede end høje frekvenser.

12 Strålebrede og dækning Dybde [m] Transducer vinkel [grader] ,47 0,84 0,95 1,06 1,72 2,49 2,99 5 0,79 1,41 1,58 1,76 2,87 4,14 4, ,57 2,81 3,17 3,53 5,73 8,28 9, ,36 4,22 4,75 5,29 8,60 12,43 14, ,15 5,62 6,34 7,05 11,47 16,57 19, ,72 8,43 9,50 10,58 17,20 24,85 29, ,87 14,05 15,84 17,63 28,67 41,42 49,86 Diameter [m] = 2 * dybde[m] * tan(transducer vinkel / 2)

13

14 Fisk tegnes som bananer Vi kommer sejlende i vore båd og sejler hen over en fisk: Pos A: Når fisken er i position A i forhold til båden begynder den at kunne ses på billedet. Pos B: Fisken er lige under transduceren. Intensiteten er kraftigere fordi fisken er i center af keglen. Pos C: Vi er nu sejlet over fisken, så afstanden til fisken øges og intensiteten falder.

15 Strålebreddens betydning Smal strålebrede indsnævre den del af vandsøjlen der kan give ekkoer. Bundkonturen bliver i stedet nøjagtigt gengivet. Moderat strålebrede øget den del af vandsøjlen der kan give ekkoer. Prisen er at bundkonturen ikke bliver i så nøjagtigt gengivet. Med stor strålebrede vil en stor del af vandsøjlen give ekkoer. Bundkontur med variationer bliver svære at gengive.

16 Maskering Specielt med transducere med stor strålebrede kan der opstå maskerings problemer. I dette tilfælde er der kortere til havbunden end til fiskene. Fiskene giver ekko men de bliver tegnet under havbunden.

17 Transducer Q Transducer: P319 Frequency: 200 khz Q=31 Cycles: / 200 kkz = 175μ sek 400μ sek * 1480 m/s / 2 = 29,6 cm Transducer: B260 Frequency: 200 khz Q=8 Cycles: / 200 kkz = 50μ sek 100μ sek * 1480 m/s / 2 = 7,4 cm Transducer: R509LH Frequency: 200 khz Q=2 Cycles: / 200 kkz = 50μ sek 60μ sek * 1480 m/s / 2 = 4,4 cm Stort Q giver lange stigtider og lang ringning. Det betyder lange puls tider.

18

19 Pulslængde [us] Virkelige målinger på ekkolodder 1400 HDS Gen2 83 khz(hst-wsbl) 1200 HDS Gen 2 200kHz (HST-WSBL) HDS Gen2 50kHz (B60) 1000 NSS HST-WSBL 83 & 200 khz Furuno FCV-627 B60 (50 & 200 khz) 800 Garmin 527xs 200 khz Garmin 527xs 50 khz Dybde skala [m] Lave pulstider er bedst! 100μ s = 7,4 cm

20 CHIRP Compressed High Impact Radar Pulse Femtidens ekkolod er kommet: Garmin GSD 26, 527xs, 721xs GPSMAP 800/1000, GCV 10 black box Simrad BSM-2, NSS evo2 Lowrance SonarHub black box Raymarine ClearPulse 450C, dragonfly Furuno DFF1-UHD black box Traditionelle ekkolodder sender kun med en frekvens. CHIRP ændre løbende frekvens. Kræver transducer med ekstremt lavt Q

21 Puls lod: Pulstiden giver opløsningen: R = c T 2 Puls tiden giver også signal/støj forholdet: SNR = A2 rms T N0 Chirp lod: Chirp breden giver opløsningen: R = c (Fhigh Flow) 2 Puls tiden giver også signal/støj forholdet: SNR = A2 rms T N0

22 gange mere power 5-10 gange bedre opløsning

23

24 Structurescan - Sidescan

25 Structurescan transduceren Structurscan transduceren adskiller sig fra traditionelle transducere ved at keglen er oval i stedet for cirkulær. Transduceren består af 3 elementer.

26 3 Billeder i et C B A

27

28 Ingen bananer. Kig efter skyggerne

29 Spotlight scan

30 Hummingbird 360 Imaging

31 ?