EKKOLODD Per R. Bodin.

Presentasjon om: "EKKOLODD Per R. Bodin."— Utskrift av presentasjonen:

1 EKKOLODD Per R. Bodin

2 Emner som forklares Litt grunnleggende teori
Tap av utsendt energi. (avhengig av pulsens frekvens) Ekkostyrke (fiskeekko) Støy-nivå (elektrisk og akkustisk støy) Frekvens Strålebredde (svingerens åpningsvinkel) Dekningsareal og oppløsning Pulslengde og avstands-oppløsning Pulsfrekvens (PRF) PRF og skipets hastighet Refleksjons-faktor Utgangs-effekt Bunn-ekko Normalt ekkolodd-bilde Forskyvning av skala Forstørring av en del av ekkolodd-bildet Per R. Bodin

3 Litt grunnleggende teori
Et ekkolodd består i hovedprinsippet av en sender og en mottager som er tilkonlet en svinger (høyttaler/mikrofon). I senderen genereres det elektriske svingninger som forsterkes til passende styrke (watt) og sendes til svingeren. normalt benyttes det frekvenser I området til svingninger pr. sekund, (12KHZ TIL 200KHZ). I svingeren omformes den elektriske energi til ultrasoniske svingninger, (lyd) som vandrer gjennom vannmassene med en hastighet på ca meter pr. sekund. Den ultrasoniske lyden sendes ut i korte pulser (bølgetog) og i en smal stråle mot bunnen. Når den ultrasoniske pulsen treffer bunn og objekter i sjøen vil en del av energien bli reflektert tilbake til svingeren. Per R. Bodin

4 Eksempel: Hvis lyden bruker 0,1 sek. fra svinger til målet og
Svingeren (ekkoloddet) er nå i lytteposisjon og det mottatte signal (ekko) forsterkes og vises på papir eller skjerm. Da lydhastigheten i vann er kjent, kan avstanden (dybden) til bunn og eventuelle mål i sjøen som gir ekko bestemmes ut ifra tiden det tar fra lyden forlater svingeren til den mottaes ifjen som ekko. Eksempel: Hvis lyden bruker 0,1 sek. fra svinger til målet og tilbake til svinger, er distansen til målet: 1500m x 0,1 2 = 75 meter Svinger Distansen tilsvarer halve ekkotiden Mål Per R. Bodin

5 Tap av utsendt energi. (avhengig av pulsens frekvens)
Den ultrasoniske pulsen som sendes ut fra ekkoloddets svinger vil svekkes med avstanden, fordi den spredes over et stadig større areal. (Avhengig av svingerens åpningsvinkel). I tillegg til spredningstap vil energi bli absorbert i vannmassene. Dette energitapet er sterkt avhengig av frekvensen. Ved å sammenligne tre forskjellige frekvenser er tapet over en distanse på 1000 meter: 20 KHz gir 50% reduksjon i energi 40 KHz gir 90% reduksjon i energi 200 KHz gir 99,999% reduksjon i energi Laveste frekvens har minst tap og gir derfor størst rekkevidde. Per R. Bodin

6 Ekkostyrke (fiskeekko)
Ekko fra fisk synes å være avhengig av fiskens svømmeblære. Erfaring viser at fisk uten svømmeblære, så som tunfisk og makrell gir dårligere ekko og er vanskeligere å registrere enn for eks. sild og torsk. Det kan til en viss grad kopenseres for dette ved å øke senderens utgangseffekt. Per R. Bodin

7 Støy-nivå (elektrisk og akkustisk støy)
Når ekkoloddet (svingeren) er i lytte (mottaker) posisjon er svingeren følsom for ekko som reflekteres fra bunn, fisk og andre mulige objekt i sjøen. Enten vi liker det eller ikke så er svingeren også følsom for all type lyd (støy) som ligger i dens frekvensområde. Vanligvis klassefiserer vi støyen i: Elektrisk støy og akkustisk støy. Per R. Bodin

8 Akkustiske støy kan deles i : Egen støy
Elektrisk støy om bord, som kommer fra motorer, skipets strømforsyning,etc. kan fjernes, selv om det ofte kan by på problemer. Akkustisk støy vil alltid være tilstede i varierende grad. Vi må forsøke å holde den på et lavest mulig nivå, for å oppnå best mulig ekkoregistrering av ønskede objekt. Akkustiske støy kan deles i : Egen støy vibrasjons-støy og omliggende støy Den mest generende støy oppstår som oftes fra eget skip, (egenstøy). Per R. Bodin

9 Frekvens Til fiskeformål benyttes ekkolodd som opererer i frekvensområdet fra 10 til 200 KHz (10000 – svingninger pr. sekund) Vi kan dele frekvensen inn i tre hovedgrupper: Lave frekvenser – 40 KHz Midlere frekvenser – 90 KHz Høye frekvenser – 200 KHz Lave frekvenser dempes mindre i vann enn høye og gir derved større rekkevidde. For registrering på store dyp benyttes lave frekvenser.Ved bunntråling etc. foretrekkes lave frekvenser fordi sjøbunnen vises ”tykkere” og endringer i bunnforholdene indikeres tydlig. Tykk bunnlinje indikerer hard bunn (stein, berg) og tynn bunnlinje indikerer bløt bunn (sand, mudder). Per R. Bodin

10 Høye frekvenser gir et mer detaljrikt bilde og bedre ekko fra små objekter og fisk uten svømmeblære (for eks. makrell). Likevel bør bruken av høye frekvenser begrenses til grunnere områder da de dempes langt kraftigere i vann enn lavere frekvenser. Som et kompromiss av dette, og for å oppnå noe av egenskapene til både høye og lave frekvenser har de fleste ekkolodd til alminnelig bruk en frekvens i området KHz, (midlere frekvensområde). Per R. Bodin

11 Strålebredde (svingerens åpningsvinkel)
Svingerens åpningsvinkel er avhengig av frekvens og svingerens konstruksjon. Generelt blir åpningsvinkelen mindre (smalere stråle) ved økende frekvens. Svingerens åpningsvinkel er vinkelen målt fra strålens hovedretning til det punkt (vinkel) hvor effekten er falt til det halve, ( -3dB vinkelen). Typisk åpningsvinkel for en 200 KHz svinger er ca. 10 grader, og for en 50 KHz svinger ca. 46 grader. For å oppnå en mindre åpningsvinkel når det er ønskelig, og da spesielt på de lavere frekvenser, benytter man svingere med større utstrålingsareal. En slik svinger har naturligvis større fysiske mål, og til lavere frekvensen er, til større blir svingeren for å oppnå en smal stråle. For 50 KHz har en 28 graders svinger en sirkulær strålingsflate med diameter ca. 10 cm. En svinger for 200KHz med samme dimensjoner vil gi en åpningsvinkel på 5,5 grader. Per R. Bodin

12 Dekningsareal og oppløsning
Dekningsareal og skilleevne av mål som ligger nær hverandre, men i samme avstand fra svingeren, er direkte avhengig av strålebredden. En standard svinger for 200 KHZ har en åpningsvinkel på ca. 10 grader. Den smale strålen gir høy oppløsning (måleadskillelse). I tillegg kan vi nevne at støy fra vannstrømning og luftbobler har mindre innvirkning, de denne type støy ligger i området 10 til100 KHz. På minussiden vil den smale strålen registrere selv den flateste bunn som et sagtannmønster på grunn av båtens rulling og opp/ned bevegelse. Registreringen av fisk kan være vanskelig fordi strålen dekker et lite areal og ikke ser fisk på siden av båten. For eksempel vil en ved en dybde på 100 meter og 10 graders åpningsvinkel dekke et sirkelformet område som er ca. 18 meter i diameter Per R. Bodin

13 Pulslengde og avstands-oppløsning
De ultrasoniske bølger sendes ut i korte pulser. Pulsenes lengde (varighet) bestemmer hvor godt man kan skille ekko fra mål som ligger nær hverandre i avstand (avstands-oppløsning). Når vi vet at lydhastighet i vann er 1500 m. pr. sek. Vil en utsendelse som varer i 1milli sek. (1/1000sek) gi en pulslengde på 1,5 meter. Korte pulslengder gir god oppløsning. Lange pulser inneholder mer energi og gir derved kraftigere ekko, og benyttes derfor mest på større dyp. Normalt benyttede pulslengder: Dybde 20 meter……………0.2 millisek. Puls Dybde 100 meter………… millisek. puls Dybde 300 meter……………3.0 millisek. Puls Dybde meter…………..4.0 millisek. puls Per R. Bodin

14 Pulsfrekvens (PRF) Med puls-repetisjons-frekvens (PRF) menes antall pulser (loddskudd) som utsendes pr. tidsenhet. Tiden mellom hver pulsutsendelse er avhengig av den maksimale registreringsdybden ekkoloddet er innstilt på. En puls skal tilbakelegge distansen fra svinger til eventuelt mål i skalaområdets ytterkant og tilbake til svinger før neste puls kan sendes ut. For eks. hvis ekkoloddet er innstilt på 300 meter vil distansen (dybden) bli 600 meter. Distanse Ekkotiden = pulshastighet = = 0,4 sek. Det vil si teoretisk minst 0,4 sek. Mellom pulsene. På grunn av tekniske årsaker vil denne tiden i praksis være noe lengere. Antall pulser pr. minutt kan for eks. være: Dybde 20 meter…………..600 pulser pr. minutt Dybde 100 meter…………150 pulser pr. minutt Dybde 300 meter…………. 50 pulser pr. minutt Dybde 1000 meter…………40 pulser pr. minutt Per R. Bodin

15 PRF og skipets hastighet
For å registrere en fiskestim eller enkelfisk bør målet (fisken) bli truffet av flere loddskudd (pulser), minst tre-fire. Høy pulsfrekvens gir god ekkopresentasjon. Det er ofte vanskelig å registrere små fiskestimer og enkelfisk når skipet beveger seg med høy hastighet, og spesielt når strålevinkelen er liten. Problemet kan løses ved å øke pulsfrekvensen eller redusere skipets fart. Hvis pulsfrekvensen er 60 pr. minutt og skipets hastighet er 15 knop vil skipet forflytte seg 7,7 meter for hver utsendte puls. Per R. Bodin

16 Refleksjons-faktor Refleksjons-og absorbasjons-egenskapene til forskjellige materialer er faktorer so påvirker de ultrasoniske bølgene. Det er materialets (målets) konsistens og form som er bestemmende for hvor mye av den energi som treffer målet som blir reflektert. hvis all energi som treffer et mål blir reflektert tilbake, på samme måte som lys når det treffer et spail, vil det ikke være noe problem. Refleksjonsfaktoren ville da være 100%. Eksempel på refleksjons-faktoren for noen material (sjøbunn) er vist under. Berg (stein…………ca. 60% Grov sand (singel)..ca. 55% Sand……………….ca. 38% Mudder…………….ca. 28% Per R. Bodin

17 Utgangs-effekt Dersom utgangseffekten økes, vil også det reflekterte signal bli kraftigere. Dette betyr at maksimum registreringsdybde øker. Større registreringsdybde kan oppnåes ved å tilføre svingeren større effekt. Likevel må ikke effekten som tilføres svingeren overskride den maksimumseffekt (Watt) som svingeren er konstruert for. Generelt kan man si at for å doble den den maksimale registreringsdybden for fisk så må utgangseffekten økes 16 ganger. I tilfelle flat bunn må utgangseffekten økes 4 ganger, utifra dette ser man at økning av registreringsdybden for bunn er relativt enklere enn for fiskeregistrering. Per R. Bodin

18 Bunn-ekko Ekko fra bunnen er normalt de sterkeste. Hvordan de presenteres på ekkoloddskjermen (papir) er blant annet avhengig av dybde, frekvens, pulslengde, effekt, skipets bevegelse, bunnens form og konsistens. Vi skal her vise noen eksempl på ekko fra forskjellige typer bunn: Når bunnen er jevn og flat er det vesentlig senterstrålen som treffer bunnen i rett vinkel og som gir ekko som returneres mot svingeren. Ekko fra sidestrålene reflekteres ikke mot svingeren. Ekko fra hard bunn er kraftigere enn fra bløt bunn. Når bunnen er ujevn blir pulsen reflektert i flere retninger. Den totale energi som reflekteres som ekko av både senterstrålen og sidestrålen kan bli større enn fra flat og jevn bunn. Sidestrålene har lengere vei å gå til bunn og tilbake enn senterstråler på grunn av dette blir ekkogrammet av ujevn bunn tykkere og har lenger hale. Per R. Bodin

19 3.Ved skrånende bunn vil ekkogrammet bli ekstra tykt på grunn av den store variasjon i dybde som ligger innenfor svingerens åpningsvinkel. Størst distanse har stråle (2), og kortest har stråle (3). Dette gjør seg mest gjeldende på de laveste frekvenser, fordi strålevidden da er størst. 4. På små dybder visesofte andregangs-ekko og av og til også tredje og fjerdegangs-ekko. Dette fordi sterke ekko kan gå mellom bunn og overflate to eller flere ganger. Er loddets følsomhet (styrke) innstilt slik at bløt bunn (mudder) vises som enkel bunnkontur, vil hardere bunn (stein, berg) indikeres ved at det oppstår andre, eller flergangs-ekko. Det forutsettes at dybden er stort sett konstans. Andregangs-ekko opptrer på dobbel dybde osv. Per R. Bodin

20 Normalt ekkolodd-bilde
På et normalt ekkolodd-bilde vises vanligvis vannlinjen (svingerens posisjon) øverst på skjermen (papiret), og bunnen på den nederste del. Man har da full oversikt over situasjonen mellom overflaten og bunn. Små og svake ekko kan selvfølgelig være vanskelig å observere, og spesielt når det benyttes stor skala (store dyp). Per R. Bodin

21 Forskyvning av skala Noen ganger kan det være aktuelt å bruke en mindre skala for eks. 20 meter, og så flytte dette området (vinduet) ned gjennom vannmassene. Dette gir et mer detaljrikt bilde, (forstørret bilde). Hvis man i dette tilfelle forskyver områder til for eksempel 40 meter, vil ekkoloddskjermen (papiret) dekke området fra 40 til 60 meter. Denne funksjonen finnes på de fleste moderne ekkolodd og kalles for område (bilde) forskyvning eller ”shift”. Per R. Bodin

22 Forstørring av en del av ekkolodd-bildet
På bildet under er vist et eksempel på forstørring (ekspandering) av en del av ekkoloddbildet. På høyre side av skjermen vises et normalt bilde fra 0 til 40 meter. Hvis man ønsker å forstørre et område av det normale bildet kan dette gjøres ved å plassere en markørlinje på topp og bunn av den biten som man vil forstørre. I dette tilfellet er det området mellom 18 og 28 meter som blir ekspandert (forstørret) og vist på venstre side av skjermen. Altså et område på 10 meter over hele skjermens høyde. Denne funksjonen kalles for bunnlåst ekspandert bilde. På moderne ekkolodd kan skjermen eller på en egen LCD indikator. I dette eksempel er dybden 29,6 meter Per R. Bodin