Lo ScandaglioLo Scandaglio

(estratto dal Manuale dell’Ufficiale di Rotta- Genova 1992)(estratto dal Manuale dell’Ufficiale di Rotta- Genova 1992)(estratto dalla AN 1-27)(estratto dalla AN 1-27)

C.F. Luca BerciniC.F. Luca Bercini

Lo scandaglioLo scandaglio

L’ecoscandaglio è uno strumento che genera periodicamente L’ecoscandaglio è uno strumento che genera periodicamente un segnale (sonoro o ultrasonoro) subacqueo e misura il un segnale (sonoro o ultrasonoro) subacqueo e misura il tempo tra la trasmissione del segnale e la ricezione tempo tra la trasmissione del segnale e la ricezione dell’eco riflessa dal fondo del mare.dell’eco riflessa dal fondo del mare.

Stabilita la velocità del suono in acqua, questo intervallo di Stabilita la velocità del suono in acqua, questo intervallo di tempo viene convertito in distanza (che in questo caso è la tempo viene convertito in distanza (che in questo caso è la profondità) secondo la sempliceprofondità) secondo la semplice

tVofondità s *2

1Pr

Lo scandaglioLo scandaglioLa velocità del suono in acqua varia con:La velocità del suono in acqua varia con: TemperaturaTemperatura SalinitàSalinità PressionePressione

Il suo valore medio è prossimo a 1500 m/s. tale Il suo valore medio è prossimo a 1500 m/s. tale valore è quello impostato negli scandagli a valore è quello impostato negli scandagli a velocità fissa.velocità fissa.

In mare a meno di casi particolari, la velocità reale è In mare a meno di casi particolari, la velocità reale è leggermente superiore, si misurano quindi fondali leggermente superiore, si misurano quindi fondali inferiori, con un aumento della sicurezza.inferiori, con un aumento della sicurezza.

Lo scandaglioLo scandaglio

L’ecoscandaglio è formato da un trasduttore, che funziona sia L’ecoscandaglio è formato da un trasduttore, che funziona sia da emettitore che da ricevitore, e da un registratore che da emettitore che da ricevitore, e da un registratore che include anche i comandi del sistema.include anche i comandi del sistema.

Il trasduttore converte gli impulsi elettrici in energia sonora Il trasduttore converte gli impulsi elettrici in energia sonora che viene trasmessa in acqua. Quando l’energia sonora che viene trasmessa in acqua. Quando l’energia sonora colpisce il fondo del mare, parte viene assorbita e parte colpisce il fondo del mare, parte viene assorbita e parte viene riflessa e ritorna la trasduttore che la converte in viene riflessa e ritorna la trasduttore che la converte in energia elettrica, che opportunamente amplificata, energia elettrica, che opportunamente amplificata, permetterà la presentazione visiva della profondità.permetterà la presentazione visiva della profondità.

Lo scandaglioLo scandaglio

Il trasduttore irradia l’energia in un lobo sonoro la cui ampiezza dipende Il trasduttore irradia l’energia in un lobo sonoro la cui ampiezza dipende dalla combinazione della frequenza impiegata e dalle dimensioni del dalla combinazione della frequenza impiegata e dalle dimensioni del trasduttore stesso.trasduttore stesso.

In presenza di fondo tormentato tale ampiezza influisce sull’ecogramma In presenza di fondo tormentato tale ampiezza influisce sull’ecogramma fornendo una rappresentazione che non corrisponde alla reale fornendo una rappresentazione che non corrisponde alla reale morfologia: le inclinazioni delle scarpate vengono accentuate, le morfologia: le inclinazioni delle scarpate vengono accentuate, le cime delle montagne o delle dorsali appiattite, mentre non vengono cime delle montagne o delle dorsali appiattite, mentre non vengono riportati i fondi di canyons e fratture.riportati i fondi di canyons e fratture.

Per ottenere una rappresentazione del fondo più rispondente alla realtà Per ottenere una rappresentazione del fondo più rispondente alla realtà occorre impiegare ecoscandagli direttivi (lobo stretto) allargando le occorre impiegare ecoscandagli direttivi (lobo stretto) allargando le dimesione del trasduttore e stabilizzandolo.dimesione del trasduttore e stabilizzandolo.

Lo scandaglioLo scandaglio

Il trasduttore viene generalmente installato in prossimità della chiglia, la Il trasduttore viene generalmente installato in prossimità della chiglia, la sua posizione deve essere scelta con accuratezza in modo tale da sua posizione deve essere scelta con accuratezza in modo tale da limitare i rumori indotti dai macchinari della nave, che possono limitare i rumori indotti dai macchinari della nave, che possono generare interferenze, ed i disturbi derivanti dalla forma della carena e generare interferenze, ed i disturbi derivanti dalla forma della carena e dalle eliche o propulsori che possono creare bolle d’ariadalle eliche o propulsori che possono creare bolle d’aria

Attualmente molti degli ecoscandagli imbarcati utilizzano una doppia Attualmente molti degli ecoscandagli imbarcati utilizzano una doppia frequenza. L’uso contemporaneo di due frequenze consente di ottnere frequenza. L’uso contemporaneo di due frequenze consente di ottnere una visualizzazione del fondo marino evidenziando il sedimento una visualizzazione del fondo marino evidenziando il sedimento superficiale dal fondo compatto o dal substrato roccioso.superficiale dal fondo compatto o dal substrato roccioso.

La bassa frequenza (30khz) ha una maggiore portata e penetra più La bassa frequenza (30khz) ha una maggiore portata e penetra più profondamente nel sedimento, l’alta frequenza (200 khz) viene riflessa profondamente nel sedimento, l’alta frequenza (200 khz) viene riflessa anche da sedimenti poco consistenti.anche da sedimenti poco consistenti.

La propagazione del suono in La propagazione del suono in acquaacqua

I suoni vengono prodotti per cause meccaniche da tutti i corpi I suoni vengono prodotti per cause meccaniche da tutti i corpi sensibili alle vibrazioni; la trasmissione avviene attraverso sensibili alle vibrazioni; la trasmissione avviene attraverso la vibrazione delle particelle del mezzo, le quali vengono la vibrazione delle particelle del mezzo, le quali vengono spostate in successione, rispetto alla loro posizione di spostate in successione, rispetto alla loro posizione di riposo, dalla propagazione dell’onda. L’elasticità del mezzo riposo, dalla propagazione dell’onda. L’elasticità del mezzo agisce come una forza che tende a riportare ciascuna agisce come una forza che tende a riportare ciascuna particella nella sua posizione iniziale.particella nella sua posizione iniziale.

L’onda di compressione e quella di decompressione si L’onda di compressione e quella di decompressione si trasmettono da una molecola all’altra del mezzo senza trasmettono da una molecola all’altra del mezzo senza alcun trasporto di materia.alcun trasporto di materia.

La propagazione del suono in La propagazione del suono in acquaacqua

La velocità con cui tali onde di compressione e di rarefazione La velocità con cui tali onde di compressione e di rarefazione si propagano viene chiamata comunemente velocità di si propagano viene chiamata comunemente velocità di propagazione del suono in acqua e la indicheremo con il propagazione del suono in acqua e la indicheremo con il simbolo “u”.simbolo “u”.

Una formula empirica per il calcolo delle velocità è:Una formula empirica per il calcolo delle velocità è:

U=1449,2+(4,623-0,0546T)T+1,391(S-35)+0,017zU=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 Dove T è la temperatura in °C, S la salinità in millesimi e z la profondità in metri.profondità in metri.

Funzionamento del trasduttoreFunzionamento del trasduttore

Vengono comunemente impiegati due tipi di Vengono comunemente impiegati due tipi di trasduttori:trasduttori:

PiezoelettriciPiezoelettrici MagnetostrittiviMagnetostrittivi

PiezoelettricitàPiezoelettricità

Consiste nel fatto che se si deforma una lamina, ricavata da Consiste nel fatto che se si deforma una lamina, ricavata da un cristallo di quarzo, sulla faccia della stessa lamina si un cristallo di quarzo, sulla faccia della stessa lamina si accumulano cariche elettriche proporzionali alla accumulano cariche elettriche proporzionali alla deformazione.deformazione.

L’effetto piezoelettrico inverso consiste nel fatto che se si L’effetto piezoelettrico inverso consiste nel fatto che se si sottopone una lamina di un cristallo (classi cristallografiche sottopone una lamina di un cristallo (classi cristallografiche prive di centro di simmetria) ad un campo elettrico prive di centro di simmetria) ad un campo elettrico opportunamente orientato si determina una variazione opportunamente orientato si determina una variazione delle dimensioni e quindi una alterazione della forma delle dimensioni e quindi una alterazione della forma proporzionale al campo elettrico applicato.proporzionale al campo elettrico applicato.

MagnetostrizioneMagnetostrizione

Un filo percorso da corrente genera, come è noto, un campo magnetico le Un filo percorso da corrente genera, come è noto, un campo magnetico le cui linee di forza sono circonferenze perpendicolari al filo ed cui linee di forza sono circonferenze perpendicolari al filo ed abbraccianti il conduttore. Se il filo attraversa una lamina di un abbraccianti il conduttore. Se il filo attraversa una lamina di un particolare metallo (ferro, nickel, cobalto o loro leghe) la lamina sotto particolare metallo (ferro, nickel, cobalto o loro leghe) la lamina sotto l’azione di un campo magnetico alternativo, come la corrente che lo l’azione di un campo magnetico alternativo, come la corrente che lo genera, si dilata e si restringe.genera, si dilata e si restringe.

Tale fenomeno è reversibile, ovvero una lamina soggetta a vibrazioni, Tale fenomeno è reversibile, ovvero una lamina soggetta a vibrazioni, cioè ad azioni alternate di concentrazione e dilatazione, subisce una cioè ad azioni alternate di concentrazione e dilatazione, subisce una variazione nel suo magnetismo; e così nel campo magnetico variazione nel suo magnetismo; e così nel campo magnetico circostante che induce una una tensione alternata nell’avvolgimento circostante che induce una una tensione alternata nell’avvolgimento del filo che l’attraversa.del filo che l’attraversa.

Caratteristiche di uno scandaglioCaratteristiche di uno scandaglio

Frequenza di lavoroFrequenza di lavoro Apertura del loboApertura del lobo Durata dell’impulsoDurata dell’impulso CadenzaCadenza PotenzaPotenza Velocità strumentaleVelocità strumentale Tipo di trasduttoreTipo di trasduttore

Frequenza di lavoroFrequenza di lavoro

Varia nel campo delle frequenze u.s. e da essa Varia nel campo delle frequenze u.s. e da essa dipendono:dipendono:

La direttività (a parità di superficie irradiante del La direttività (a parità di superficie irradiante del trasduttore, all’aumentare della frequenza aumenta la trasduttore, all’aumentare della frequenza aumenta la direttività)direttività)

Potere discriminatore (all’aumentare della frequenza Potere discriminatore (all’aumentare della frequenza aumenta la possibilità di localizzare ostacoli poco coerenti)aumenta la possibilità di localizzare ostacoli poco coerenti)

Con frequenza elevata uno scandaglio risulterà estremamente direttivo Con frequenza elevata uno scandaglio risulterà estremamente direttivo (lobo stretto anche con trasduttore piccolo), in grado di discriminare (lobo stretto anche con trasduttore piccolo), in grado di discriminare

qualsiasi ostacolo,ma di modesta portata; mentre con bassa frequenza qualsiasi ostacolo,ma di modesta portata; mentre con bassa frequenza uno scandaglio risulterà poco direttivo, capace di discriminare solo uno scandaglio risulterà poco direttivo, capace di discriminare solo

ostacoli compatti, con portata soddisfacenteostacoli compatti, con portata soddisfacente

DirettivitàDirettività

Per direttività si intende la capacità di concentrare entro un Per direttività si intende la capacità di concentrare entro un cono più o meno stretto (lobo di emissione) l’energia da cono più o meno stretto (lobo di emissione) l’energia da emettere, in modo da ottenere:emettere, in modo da ottenere:

La massima portataLa massima portata La massima precisione nella determinazione dell’ostacolo.La massima precisione nella determinazione dell’ostacolo.

Durata dell’impulsoDurata dell’impulso

Dalla minore o maggiore durata dell’impulso dipendono, entro Dalla minore o maggiore durata dell’impulso dipendono, entro certi limiti, la precisione della misura ed il minimo fondale certi limiti, la precisione della misura ed il minimo fondale rilevabilerilevabile

Con un impulso di 0,1 ms il minimo fondale rilevabile è di 8 cm, con un impulso di 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.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 Con una cadenza di 10 e un impulso di 0,1 ms il massimo fondale rilevabile è di 75 metri.metri.

All’aumentare del fondale è necessario:All’aumentare del fondale è necessario: Aumentare la durata dell’impulso e cioè aumentare il contenuto energeticoAumentare la durata dell’impulso e cioè aumentare il contenuto energetico Ridurre la cadenza per consentire al ricevitore di ricevere l’eco di ritornoRidurre la cadenza per consentire al ricevitore di ricevere l’eco di ritorno

In uno scandaglio U.S. si hanno pertanto:In uno scandaglio U.S. si hanno pertanto:

Impulso corto ed elevata cadenza nei fondali bassi (50m Impulso corto ed elevata cadenza nei fondali bassi (50m max)max)

Impulso lungo e bassa cadenza per elevati fondaliImpulso lungo e bassa cadenza per elevati fondali