Preguntas sobre la sonda
Explicación e introducción
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El sonar es un dispositivo electrónico que utiliza ondas sonoras submarinas para detectar, localizar y comunicar objetivos submarinos. Es el dispositivo más utilizado e importante en hidroacústica. Es una traducción de la palabra SONAR, que es la abreviatura de Sound Navigation and Ranging.
La tecnología de sonar tiene una historia de 100 años. Fue inventado en 1906 por Lewis Nixon de la Armada británica. El primer instrumento de sonar que inventó fue un dispositivo de escucha pasiva, utilizado principalmente para detectar icebergs. Esta tecnología se utilizó en el campo de batalla durante la Primera Guerra Mundial para detectar submarinos escondidos bajo el agua.
Actualmente, el sonar es la principal tecnología utilizada por las armadas de diversos países para la vigilancia submarina, y sirve para detectar, clasificar, localizar y rastrear objetivos submarinos. Realizar la comunicación y navegación submarina para asegurar las maniobras tácticas de los buques de guerra, aviones antisubmarinos y helicópteros antisubmarinos y el uso de armas submarinas. Además, la tecnología de sonar también se utiliza ampliamente en la guía de torpedos, espoletas de minas, detección de peces, exploración petrolera en alta mar, navegación de barcos, operaciones submarinas, estudios hidrológicos y estudios geológicos y geomorfológicos del fondo marino.
Al igual que el desarrollo de muchas tecnologías, las necesidades sociales y el progreso científico y tecnológico han impulsado el desarrollo de la tecnología del sonar.
Principio de funcionamiento
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Las ondas sonoras son un medio importante de observación y medición. Curiosamente, la palabra "sonido" en inglés significa "sonido" como sustantivo y "detección" como verbo, lo que muestra la estrecha relación entre sonido y detección.
Solo las ondas sonoras tienen condiciones únicas para observar y medir en el agua. Esto se debe a que otros métodos de detección tienen un alcance muy corto y la capacidad de penetración de la luz en el agua es muy limitada. Incluso en el agua más clara, la gente sólo puede ver objetos dentro de un rango de diez a decenas de metros. Las ondas electromagnéticas también se atenúan demasiado rápido en el agua. Cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la pérdida. Incluso si se utilizan ondas electromagnéticas de alta potencia y baja frecuencia, sólo pueden propagarse decenas de metros. Pero la atenuación de las ondas sonoras que se propagan a través del agua es mucho menor. Una bomba de varios kilogramos explota en un canal de aguas profundas y la señal puede recibirse a 20.000 kilómetros de distancia. Las ondas sonoras de baja frecuencia también pueden penetrar miles de metros de estratos en el fondo marino para obtener información en los estratos. Hasta ahora no se ha encontrado ningún medio más eficaz para medir y observar en el agua que las ondas sonoras.
Estructura y clasificación
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Los dispositivos de sonar generalmente constan de matrices, gabinetes electrónicos y equipos auxiliares. El conjunto está compuesto por transductores acústicos submarinos dispuestos en un determinado patrón geométrico. Su forma suele ser esférica, cilíndrica, plana o lineal, y se puede dividir en conjunto receptor, conjunto transmisor o conjunto transceptor. Los gabinetes electrónicos generalmente cuentan con subsistemas de transmisión, recepción, visualización y control. El equipo auxiliar incluye equipos de suministro de energía, cables de conexión, cajas de conexiones submarinas y repetidores, dispositivos de elevación, rotación, cabeceo, retracción, remolque, suspensión y liberación, domos de sonar, etc. que coinciden con el control de transmisión del conjunto de sonar.
El transductor es un dispositivo importante en el sonar. Es un dispositivo que convierte la energía del sonido en energía mecánica, energía eléctrica, energía magnética y otras formas de energía. Tiene dos propósitos: uno es emitir ondas sonoras bajo el agua, llamado "transductor transmisor", que equivale a un altavoz en el aire; el otro es recibir ondas sonoras bajo el agua, llamado "transductor receptor", que equivale a un altavoz en el aire Entrada de micrófono (comúnmente conocido como “micrófono” o “micrófono”). Los transductores se utilizan a menudo para transmitir y recibir ondas sonoras al mismo tiempo en el uso real. Los transductores utilizados especialmente para la recepción también se denominan "hidrófonos". El principio de funcionamiento del transductor es que ciertos materiales se expanden y contraen bajo la acción de un campo eléctrico o un campo magnético, produciendo un efecto piezoeléctrico o un efecto magnetoestrictivo.
La clasificación del sonar se puede dividir en diferentes tipos de sonar según su método de trabajo, objetos del equipo, usos tácticos, métodos de transporte del conjunto y características técnicas. Por ejemplo, según el modo de trabajo, se puede dividir en sonar activo y sonar pasivo; según el objeto del equipo, se puede dividir en sonar de superficie para barcos, sonar submarino, sonar de aviación, sonar portátil y sonar costero.
Sonda activa: la tecnología de sonda activa significa que la sonda emite activamente ondas sonoras para "irradiar" el objetivo y luego recibe el eco reflejado por el objetivo submarino para determinar los parámetros del objetivo. La mayoría de ellos utilizan un sistema de pulso y algunos utilizan un sistema de onda continua. Evolucionó a partir de un simple instrumento de detección de eco. Emite activamente ondas ultrasónicas y luego recoge y calcula los ecos. Es adecuado para detectar icebergs, arrecifes, barcos hundidos, profundidad del mar, bancos de peces, minas y submarinos ocultos con el motor apagado.
Sonar pasivo: la tecnología de sonar pasivo se refiere al sonar que recibe pasivamente el ruido irradiado generado por objetivos submarinos, como barcos, y señales emitidas por equipos acústicos submarinos para determinar la dirección del objetivo. Evolucionó a partir de un simple hidrófono. Escucha el ruido emitido por el objetivo y determina la ubicación del objetivo y algunas características. Especialmente indicado para submarinos que no pueden revelarse a través del sonido, pero quieren detectar las actividades de los barcos enemigos.
Instalación y aplicación
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Tradicionalmente, la ubicación principal para la instalación del sonar submarino es el frente. Dado que los submarinos modernos dependen en gran medida del efecto de detección del sonar pasivo, el enorme dispositivo de radio no sólo aumenta el diámetro del submarino, sino que también hace que los tubos de lanzamiento de torpedos originalmente en esta posición abandonen y se retiren a ambos lados.
Otros tipos de sonar instalados en submarinos incluyen dispositivos de escucha de sonar pasivo instalados en otras partes del casco.
Utilizando la misma señal recibida en diferentes ubicaciones, mediante procesamiento y cálculo por computadora, se puede realizar rápidamente un posicionamiento poco profundo, lo cual es ventajoso para submarinos con cascos más grandes, porque la línea de base de medición es larga y la precisión es alta.
Otro tipo de sonar se llama "sonar remolcado", porque este dispositivo de sonar está conectado al submarino con un cable, y el cuerpo del sonar es remolcado muy detrás del submarino para su detección. El uso de un sonar remolcado mejora en gran medida las capacidades de detección del submarino en todas las direcciones y a diferentes profundidades, especialmente en la cola del submarino. Esto se debe a que la cola del submarino es también la parte de producción de energía. Debido a la interferencia del sonido del flujo de agua, el sonar ubicado en el frente no puede escuchar la señal en esta área, formando un punto ciego. Después de utilizar el sonar remolcado, se puede eliminar este punto ciego y se pueden encontrar objetivos ocultos en esta área.
Lo interesante es que el sonar no es exclusivo de los humanos. Muchos animales tienen sus propios “sonares”. Los murciélagos usan su garganta para emitir de 10 a 20 pulsos ultrasónicos por segundo y usan sus oídos para recibir ecos. Con este "sonar activo" pueden detectar pequeños insectos y obstáculos de alambre con un grosor de 0,1 mm. Insectos como las polillas también tienen un "sonar pasivo" que puede escuchar claramente las ondas ultrasónicas de los murciélagos a 40 metros de distancia, por lo que a menudo los evita. ataques. Pero algunos murciélagos pueden usar ondas ultrasónicas de alta frecuencia o ondas ultrasónicas de baja frecuencia que los insectos no pueden escuchar, por lo que la tasa de acierto al atrapar insectos sigue siendo muy alta. ¡Parece que los animales participan en una "guerra de sonar" al igual que los humanos! Los mamíferos marinos como los delfines y las ballenas tienen un "sonar submarino" que genera señales muy determinadas para explorar alimentos y comunicarse entre sí.
La sonda para delfines es muy sensible. Puede encontrar cables metálicos con un diámetro de 0,2 mm y cuerdas de nailon con un diámetro de 1 mm a varios metros de distancia. Puede distinguir dos señales con una diferencia de tiempo de 200 fresas, puede encontrar bancos de peces a cientos de metros de distancia y también puede detectar. Pesque sin tocarlos. Al tocarlos, vendarse los ojos y caminar con rapidez y flexibilidad por el estanque lleno de cañas de bambú. El sonar para delfines tiene fuertes capacidades de "reconocimiento de objetivos". No sólo puede identificar diferentes peces, distinguir diferentes materiales como latón, aluminio, baquelita, plástico, etc., sino que también distingue su propia voz de las ondas sonoras reproducidas por la persona que lo toca. grabó su voz. La capacidad antiinterferencia del sonar para delfines también es sorprendente. Si hay interferencia de ruido, aumentará la intensidad de la llamada para cubrir el ruido y no afectar su juicio. Y el sonar con delfines también tiene la capacidad de expresar emociones. Se ha demostrado que los delfines son animales "lenguaje" y su "conversación" se lleva a cabo a través de su sistema de sonar. En particular, el más preciado de los cuatro delfines de agua dulce que quedan en el mundo, el delfín de cola blanca que habita en el curso medio y bajo del río Yangtze en China, tiene una clara "división del trabajo" en su sistema de sonar, que se utiliza para posicionamiento, comunicación y alarma, y tiene funciones especiales mediante modulación de frecuencia y modulación de fase.
Muchas especies de ballenas utilizan el sonido para detectar y comunicarse. La frecuencia es mucho menor que la de los delfines y el alcance es mucho mayor. Otros mamíferos marinos, como focas y leones marinos, también emiten señales de sonar para su detección.
Los animales que viven en las profundidades extremadamente oscuras del océano toda su vida tienen que utilizar sonar y otros medios para buscar presas y evitar ataques. El rendimiento de su sonar supera con creces las capacidades de la tecnología humana moderna. Desentrañar los misterios de estos sonares animales ha sido un tema de investigación importante en la tecnología de sonar moderna.
Factores que influyen
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Además de las condiciones técnicas del sonar en sí, los factores que afectan el rendimiento del sonar también incluyen condiciones externas. Los factores directos incluyen la atenuación de la propagación, el efecto de trayectos múltiples, la interferencia de reverberación, el ruido del océano, el ruido propio, las características de reflexión del objetivo o la intensidad del ruido radiado, etc. La mayoría de ellos están relacionados con factores ambientales marinos. Por ejemplo, las ondas sonoras se ven afectadas y restringidas por el medio del agua de mar y la distribución desigual de la superficie y el fondo del mar. Producirán refracción, dispersión, reflexión e interferencia, curvatura de los rayos de sonido, fluctuaciones y distorsiones de la señal, cambiando la ruta de propagación. y la aparición de áreas de sombra acústica, lo que afecta gravemente el rendimiento del sonar y la precisión de las mediciones. El sonar moderno puede seleccionar adecuadamente la profundidad operativa y el ángulo de inclinación del conjunto en función de las condiciones de propagación causadas por los cambios entre la velocidad del sonido y la profundidad en el mar, y utilizar diferentes trayectorias de propagación de las ondas sonoras (sonido directo, reflexión del fondo marino, áreas de convergencia y profundidad). -canales marinos) para superar la propagación del sonido submarino. Las condiciones afectan negativamente al rango de detección del sonar. Por poner otro ejemplo, el ruido propio de la plataforma del transportador está relacionado principalmente con la velocidad. Cuanto mayor es la velocidad, mayor es el ruido propio y más cerca y más lejos está el alcance del sonar. Cuanto mayor sea la capacidad de reflexión del objetivo, más lejos podrá detectarlo el sonar activo del oponente; cuanto mayor sea la intensidad del ruido irradiado del objetivo, más lejos podrá detectarlo el sonar pasivo del oponente.