Sondeo ecográfico

El sondeo por eco o sondeo de profundidad es el uso del sonar para medir la distancia , normalmente para determinar la profundidad del agua ( batimetría ). Implica la transmisión de ondas acústicas en el agua y el registro del 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 para fines de navegación o para obtener profundidades para fines cartográficos .

El sondeo ecográfico también se puede utilizar para determinar la distancia a otros objetivos, como bancos de peces . Las evaluaciones hidroacústicas han empleado tradicionalmente estudios móviles desde embarcaciones para evaluar la biomasa de los 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 está relacionada en su origen con la palabra sonido en el sentido de ruido o tonos. El sondeo por eco es un método más rápido de medir la profundidad que la técnica anterior de bajar una línea de sondeo hasta que toca el fondo.

El inventor alemán Alexander Behm obtuvo la patente alemana n.º 282009 por la invención del ecosondaje (dispositivo para medir profundidades del mar y distancias y rumbos de barcos u obstáculos por medio de ondas sonoras reflejadas) el 22 de julio de 1913. ^{[1] [2] [3]} Mientras tanto, en Francia, el físico Paul Langevin (conectado con Marie Curie y más conocido por su trabajo de investigación en física nuclear ) fue reclutado por los laboratorios de la Armada francesa al comienzo de la Segunda Guerra Mundial y realizó una investigación (entonces secreta) sobre sonares activos para la guerra antisubmarina (usando un transmisor piezoeléctrico ). Su trabajo fue desarrollado e implementado por otros científicos y técnicos como Chilowski, Florisson y Pierre Marti. ^{[ Estos no tienen sus propios artículos. ¿Son notables? ]} Aunque no se había preparado un sonar plenamente operativo para su uso en tiempos de guerra, ya en 1920 se realizaron pruebas con éxito tanto en Toulon como en el Canal de la Mancha , y se concedieron 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 a mediados y finales de la década de 1920. ^[4]

Una de las primeras unidades comerciales de sondeo por eco fue el Fessenden Fathometer, que utilizaba el oscilador Fessenden para generar ondas sonoras. Fue instalado por primera vez por la Submarine Signal Company en 1924 en el trasatlántico M&M ^{[ aclaración necesaria ]} SS Berkshire. ^[5]

La distancia se mide multiplicando la mitad del tiempo desde el pulso saliente de la señal hasta su retorno por la velocidad del sonido en el agua, que es de aproximadamente 1,5 kilómetros por segundo. La velocidad del sonido variará ligeramente dependiendo de la temperatura, la presión y la salinidad; y para aplicaciones precisas de ecosonda, como la hidrografía , también se debe medir la velocidad del sonido, normalmente desplegando una sonda de velocidad del sonido en el agua. La ecosonda es una aplicación especial del sonar que se utiliza para localizar el fondo. Dado que una unidad histórica anterior al SI de profundidad del agua era la braza , un instrumento utilizado para determinar la profundidad del agua a veces se denomina fatómetro .

La mayoría de las profundidades oceánicas cartografiadas se basan en 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 de propósito especial, se puede bajar un sensor para medir la temperatura, la presión y la salinidad. Estos factores se utilizan para estimar con mayor precisión la velocidad real del sonido en la columna de agua local. Esta técnica se utiliza a menudo por la Oficina de Estudios Costeros de los Estados Unidos para estudios de navegación de las aguas costeras de los Estados Unidos. ^[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 los ecos que regresan. Con esos datos, puede determinar la distancia desde el eco más fuerte, que puede ser el fondo marino, una estructura de hormigón u otro obstáculo más grande. ^[7] Una sonda de pesca es un dispositivo de ecosonda utilizado tanto por pescadores recreativos como comerciales.

Una ecosonda multihaz (MBES) es un tipo de sonar que se utiliza para cartografiar el fondo marino . Emite ondas acústicas en forma de abanico debajo de su transceptor . El tiempo que tardan las ondas sonoras en reflejarse en el fondo marino y regresar al receptor se utiliza para calcular la profundidad del agua. A diferencia de otros sonares y ecosondas , la MBES utiliza la formación de haces para extraer información direccional de las ondas sonoras que regresan, lo que produce una franja de sondeos de profundidad a partir de un solo pulso.

Además de ser una ayuda para la navegación (la mayoría de los buques más grandes tienen al menos una sonda de profundidad simple), la ecosonda se utiliza comúnmente para pescar . Las variaciones de elevación a menudo representan lugares donde se congregan los peces. También se registran bancos de peces. ^[8]

En las zonas donde se requiere una batimetría detallada , se puede utilizar una ecosonda precisa para el trabajo de hidrografía. Hay muchas consideraciones a tener en cuenta a la hora de evaluar un sistema de este tipo, no solo 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 se puede transmitir un pulso de baja frecuencia (normalmente de alrededor de 24 kHz) al mismo tiempo que un pulso de alta frecuencia (normalmente de alrededor de 200 kHz). Como las dos frecuencias son discretas, ^{[ aclaración necesaria ]} las dos señales de retorno normalmente no interfieren entre sí. La ecosonda de doble frecuencia tiene muchas ventajas, incluida la capacidad de identificar una capa de vegetación o una capa de lodo 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. En aguas más profundas se requiere 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 que se utilizan habitualmente para sondeos en aguas profundas son 33 kHz y 24 kHz.

El ancho de haz del transductor también es un factor a tener en cuenta por parte del 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 de 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 alcanza un fondo marino distante.

Una ecosonda multihaz multiespectral es una extensión de una ecosonda de haz vertical de doble frecuencia, ya que, además de medir dos sondeos directamente debajo del sonar a dos frecuencias diferentes, mide múltiples sondeos a múltiples frecuencias, en múltiples ángulos rasantes 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 controlar el transporte de sedimentos, los procesos de socavación y erosión en modelos a escala (modelos hidráulicos, canales, etc.). También se pueden utilizar para crear gráficos de contornos en 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 se deben realizar según las normas de la OHI. ^[9] Estos valores están contenidos en la publicación S44 de la OHI.

Para cumplir con estas normas, el hidrógrafo debe tener en cuenta no sólo la precisión vertical y horizontal de la ecosonda y del transductor, sino el sistema de estudio en su conjunto. Se puede utilizar un sensor de movimiento, específicamente el componente de oleaje (en la ecosonda de haz único) para reducir los sondeos en función del movimiento del buque en la superficie del agua. Una vez que se hayan establecido todas las incertidumbres de cada sensor, el hidrógrafo creará un presupuesto de incertidumbre para determinar si el sistema de estudio cumple con los requisitos establecidos por la OHI.

Las distintas organizaciones hidrográficas tienen su propio conjunto de procedimientos y manuales de campo para orientar a sus topógrafos a fin de cumplir con los estándares requeridos. Dos ejemplos son la publicación EM110-2-1003 del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. ^{[10] y el Manual de procedimientos de campo de la NOAA [11]} .

• Oceanografía acústica
• Alexander Behm – inventor
• Vehículo aéreo no tripulado (UAV)
• Batómetro
• Calibre de profundidad
• Oscilador de Fessenden
• Acústica de la pesca
• Hidroacústica
• Levantamiento hidrográfico
• Sonar
• Sondeo de profundidad
• Acústica subacuática

Medios relacionados con Sondeo ecográfico en Wikimedia Commons

• "Cómo los ecos indican la profundidad del agua debajo de un barco" Popular Mechanics Monthly, julio de 1930: dibujo de detalles de los primeros buscadores de profundidad que usaban ecos
• ELAC (1982) Introducción a la ecosonda . Honeywell-ELAC-Nautik GmbH, Kiel, 88 páginas (pdf 27,5 MB)