Lo Scandaglio
(estratto dal Manuale dell’Ufficiale di Rotta- Genova 1992)
(estratto dalla AN 1-27)
C.F. Luca Bercini
Lo scandaglio
L’ecoscandaglio è uno strumento che genera periodicamente
un segnale (sonoro o ultrasonoro) subacqueo e misura il
tempo tra la trasmissione del segnale e la ricezione
dell’eco riflessa dal fondo del mare.
Stabilita la velocità del suono in acqua, questo intervallo di
tempo viene convertito in distanza (che in questo caso è la
profondità) secondo la semplice
1
Pr ofondità Vs * t
2
Lo scandaglio
La velocità del suono in acqua varia con:
Temperatura
Salinità
Pressione
Il suo valore medio è prossimo a 1500 m/s. tale
valore è quello impostato negli scandagli a
velocità fissa.
In mare a meno di casi particolari, la velocità reale è
leggermente superiore, si misurano quindi fondali
inferiori, con un aumento della sicurezza.
Lo scandaglio
L’ecoscandaglio è formato da un trasduttore, che funziona sia
da emettitore che da ricevitore, e da un registratore che
include anche i comandi del sistema.
Il trasduttore converte gli impulsi elettrici in energia sonora
che viene trasmessa in acqua. Quando l’energia sonora
colpisce il fondo del mare, parte viene assorbita e parte
viene riflessa e ritorna la trasduttore che la converte in
energia elettrica, che opportunamente amplificata,
permetterà la presentazione visiva della profondità.
Lo scandaglio
Il trasduttore irradia l’energia in un lobo sonoro la cui ampiezza dipende
dalla combinazione della frequenza impiegata e dalle dimensioni del
trasduttore stesso.
In presenza di fondo tormentato tale ampiezza influisce sull’ecogramma
fornendo una rappresentazione che non corrisponde alla reale
morfologia: le inclinazioni delle scarpate vengono accentuate, le
cime delle montagne o delle dorsali appiattite, mentre non vengono
riportati i fondi di canyons e fratture.
Per ottenere una rappresentazione del fondo più rispondente alla realtà
occorre impiegare ecoscandagli direttivi (lobo stretto) allargando le
dimesione del trasduttore e stabilizzandolo.
Lo scandaglio
Il trasduttore viene generalmente installato in prossimità della chiglia, la
sua posizione deve essere scelta con accuratezza in modo tale da
limitare i rumori indotti dai macchinari della nave, che possono
generare interferenze, ed i disturbi derivanti dalla forma della carena e
dalle eliche o propulsori che possono creare bolle d’aria
Attualmente molti degli ecoscandagli imbarcati utilizzano una doppia
frequenza. L’uso contemporaneo di due frequenze consente di ottnere
una visualizzazione del fondo marino evidenziando il sedimento
superficiale dal fondo compatto o dal substrato roccioso.
La bassa frequenza (30khz) ha una maggiore portata e penetra più
profondamente nel sedimento, l’alta frequenza (200 khz) viene riflessa
anche da sedimenti poco consistenti.
La propagazione del suono in
acqua
I suoni vengono prodotti per cause meccaniche da tutti i corpi
sensibili alle vibrazioni; la trasmissione avviene attraverso
la vibrazione delle particelle del mezzo, le quali vengono
spostate in successione, rispetto alla loro posizione di
riposo, dalla propagazione dell’onda. L’elasticità del mezzo
agisce come una forza che tende a riportare ciascuna
particella nella sua posizione iniziale.
L’onda di compressione e quella di decompressione si
trasmettono da una molecola all’altra del mezzo senza
alcun trasporto di materia.
La propagazione del suono in
acqua
La velocità con cui tali onde di compressione e di rarefazione
si propagano viene chiamata comunemente velocità di
propagazione del suono in acqua e la indicheremo con il
simbolo “u”.
Una formula empirica per il calcolo delle velocità è:
U=1449,2+(4,623-0,0546T)T+1,391(S-35)+0,017z
Dove T è la temperatura in °C, S la salinità in millesimi e z la
profondità in metri.
Funzionamento del trasduttore
Vengono comunemente impiegati due tipi di
trasduttori:
Piezoelettrici
Magnetostrittivi
Piezoelettricità
Consiste nel fatto che se si deforma una lamina, ricavata da
un cristallo di quarzo, sulla faccia della stessa lamina si
accumulano cariche elettriche proporzionali alla
deformazione.
L’effetto piezoelettrico inverso consiste nel fatto che se si
sottopone una lamina di un cristallo (classi cristallografiche
prive di centro di simmetria) ad un campo elettrico
opportunamente orientato si determina una variazione
delle dimensioni e quindi una alterazione della forma
proporzionale al campo elettrico applicato.
Magnetostrizione
Un filo percorso da corrente genera, come è noto, un campo magnetico le
cui linee di forza sono circonferenze perpendicolari al filo ed
abbraccianti il conduttore. Se il filo attraversa una lamina di un
particolare metallo (ferro, nickel, cobalto o loro leghe) la lamina sotto
l’azione di un campo magnetico alternativo, come la corrente che lo
genera, si dilata e si restringe.
Tale fenomeno è reversibile, ovvero una lamina soggetta a vibrazioni, cioè
ad azioni alternate di concentrazione e dilatazione, subisce una
variazione nel suo magnetismo; e così nel campo magnetico
circostante che induce una una tensione alternata nell’avvolgimento
del filo che l’attraversa.
Caratteristiche di uno scandaglio
Frequenza di lavoro
Apertura del lobo
Durata dell’impulso
Cadenza
Potenza
Velocità strumentale
Tipo di trasduttore
Frequenza di lavoro
Varia nel campo delle frequenze u.s. e da essa
dipendono:
La direttività (a parità di superficie irradiante del
trasduttore, all’aumentare della frequenza aumenta la
direttività)
Potere discriminatore (all’aumentare della frequenza
aumenta la possibilità di localizzare ostacoli poco coerenti)
Con frequenza elevata uno scandaglio risulterà estremamente direttivo
(lobo stretto anche con trasduttore piccolo), in grado di discriminare
qualsiasi ostacolo,ma di modesta portata; mentre con bassa frequenza
uno scandaglio risulterà poco direttivo, capace di discriminare solo
ostacoli compatti, con portata soddisfacente
Direttività
Per direttività si intende la capacità di concentrare entro un
cono più o meno stretto (lobo di emissione) l’energia da
emettere, in modo da ottenere:
La massima portata
La massima precisione nella determinazione dell’ostacolo.
Durata dell’impulso
Dalla minore o maggiore durata dell’impulso dipendono, entro
certi limiti, la precisione della misura ed il minimo fondale
rilevabile
Con un impulso di 0,1 ms il minimo fondale rilevabile è di 8 cm, con un impulso di
1 ms tale valore sale a 75 cm.
Con una cadenza di 10 e un impulso di 0,1 ms il massimo fondale rilevabile è di
75 metri.
All’aumentare del fondale è necessario:
Aumentare la durata dell’impulso e cioè aumentare il contenuto energetico
Ridurre la cadenza per consentire al ricevitore di ricevere l’eco di ritorno
In uno scandaglio U.S. si hanno pertanto:
Impulso corto ed elevata cadenza nei fondali bassi (50m
max)
Impulso lungo e bassa cadenza per elevati fondali
