Conceptos Basicos de Acustica

1. Conceptos Basicos de Acustica

2. Una corta historia de los sonares Simrad • En Perú el primer sonar SP90 se instalo abordo de la E/P Doña Rita en octubre del 2002 • El primer sonar se instalo abordo de la embarcación Noruega arrastrera F/V “Ramoen” en el año 1952

3. Una corta historia de los sonares Simrad • El nombre original fue ”ASDIC” (Anti Submarine Division - ics) • Inicialmente su desarrollo solo fue para uso militar. • En 1957 Simrad desarrolla el primer sonar comercial para pesqueros, El Simrad FA “Fangst Asdic” en Ingles “Catch Asdic”. • El primer suceso comercial fue en 1959 con el “Herring-Asdic” donde se instalaron 542 sonares entre 1959 a 1964 • Desde entonces Simrad a sido el primero en: • 1983: Vista o corte vertical (Simrad SP70 este es un sonar con una vista ocorte vertical de 90º/180º) • 1997: Estabilización del haz omni. • 1998: La Multi frecuencia, (El SP60/70/ 90: 20-30kHz y SH80: 110-122kHz) (Simrad es la unica compañia que esta ofreciendo esta opción) • Actualmente Simrad ofrece una completa gama de sonares omni • SH40, SH80, SP60, SP70 y SP90 • El largo de la unidad sumergible son desde los 40 cm hasta 160 cm

4. La transmisión de un sonar omni direccional En los sonares omni direccionales significa que con una sola transmisión cubre los 360º al rededor de la embarcación con un haz veltical delgado.

5. La inclinación (tilt) de sonar omni direccional Simrad La inclinación (TILT) puede cambiar hacia arriba hasta +10º y hacia abajo hasta 60º

6. Alcance de los sonares omni Simrad SP60 SP90 SH80 SP70 Alcance

7. Inclinación (tilt) de los sonares omni Simrad SP90 SH80 SP60 SP70 60º 90º/180º SH80, SP60 y SP90 tienen hasta 60º como inclinación vertical El SP70 puede ser hasta 90º/180º de inclinaciòn vertical esto es usado en arrastre

8. Elemento de un transductor Tornillo Aislante Contrapeso de bronce Anillo cerámico Cabeza de aluminio

9. Transductores – Monoelemento Ventana acústica Carcasa de bronce Cerámica Peso

10. Transductor multielemento SIMRAD Transformador Malla Elementos cerámicos Resina Presenta un cortocircuito

11. Transductor Combi 38/200

12. Transductores Composite

13. Elementos y el transductor del sonar SP90 256 elementos son montados en un transducer para sonar SP90 Elementos de un transducer 5 kHz 20-30 kHz 12 kHz Baja frecuencia = elemento grande = tranductor grande

14. Respuesta del ES120-7C

15. a = Ángulo del haz a Anchura del haz en un transductor -3dB Referidos a la intensidad máxima

16. Anchura del haz en un transductor • La longitud de onda es igual a la velocidad del sonido en el agua (c=1500m/s) dividida entre la frecuencia de transmisión (f).  =c / f 1’25cm para 120kHz / 0’75cm para 200kHz • La anchura del haz viene determinada por el tamaño del transductor relativo a la longitud de onda. • Un transductor grande generará un haz estrecho de acuerdo con la fórmula: ß =  / L =57*1500/(f*L) • ß es el ángulo del haz en radianes (1 rad. =180/π ≈ 57°) •  = Longitud de onda en cm • L= Longitud de la cara del transductor o diámetro en cm Para 120kHz, con 30 cm de diámetro, el ángulo será de 2’38º Para 120kHz, con 6cm de diámetro, el ángulo será de 14’8º

17. Modelo del haz en tx. y rec. 2. Lóbulo secundario: -22 dB 1. Lóbulo secundario: -18dB Lóbulo principal

18. Source level Presión transmitida al agua por el transductor a 1 metro de distancia (Pa). Se toma como referencia 1uPa ES120-7F ofrece una presión de 944 Pa a 1 metro de distancia SL = 10.Log(944/1uPa) 2 Respuesta en TX del ES120-7F = 179,5dB re 1uPa por V Un exceso de Intensidad aplicada al transductor puede provocar cavitación, la cual produce aireación bajo la cara del mismo.

19. Nivel de potencia de transmisión SL

20. Nivel de potencia de transmisión SL • El SL es una medida de la “fuerza” acustica, (la presión del sonido) emitido por el transductor. El SL sus unidades estan en dB// 1µ Pa a un metro de distansia. • Una diferencia de 3 dB por debajo del SL es equivalente a trabajar con el 50% de la energia de transmisión • SL = 170,9 + 10 log Pe + 10 logη + DI • 170,9 = SL para un transductor con el modelo de haz esferico, 1W de potencia de transmisión y 100% de eficiencia. • Pe = Potencia de transmisión • η = Eficiencia en % • DI= Indice de directividad, (cuan delgado o ancho es el haz)

21. Modos de transmisión Una frecuencia • CW CORTO • CW MEDIO • CW LARGO • FM AUTO Cambia la Longitud de pulso FM y ancho de banda con el rango para una performance optima • FM CORTO • FM NORMAL • FM LARGO Una frecuencia Una frecuencia Dos frecuencias Cuatro frecuencias Ocho frecuencias El modo FM es usado para reducir el efecto del ruido y reverberación Hasta ocho diferentes frecuencias transmitidas en un solo pulso de Transmisión.

22. Modos de transmisión • CW CORTO Ancho de banda ancho(dificilmente es usado) • CW NORMAL Ancho de banda medio • CW LARGO Ancho de banda angosto • FM AUTO Cambia la Longitud de pulso FM y ancho de banda con el rango para una performance optima • FM CORTO Ancho de banda fijo • FM NORMAL Ancho de banda fijo • FM LARGO Ancho de banda fijo

23. Resolución • La resolución, el tiene la capacidad de separar dos blancos: • En el modo CW: 1/2 longitud de pulso • Un pulso CW de 30 mS es 45 metros de longitud • La resolución es de 22.5 metros. • Un pulso CW de 20 mS es 30 metros de longitud • La resolución es de 15 metros. • En el modo FM: 1/8 de longitud de pulso (Cuatro pulsos en uno) • Un pulso FM de 25.6 mS es 38 metros de longitud • Tiene una resolución de 4.74 metros.

24. Ruido • Midiendo el nivel de ruidos en un número de embarcaciones, ha sido determinado que el nivel de ruidos es mucho mayor en frecuencias bajas que en frecuencias más altas. • Baja frecuencia esta considerada de 20 a 40 kHz y alta frecuencia de 100 a 200 kHz • Por lo tanto, un eco más débil excederá el nivel de ruido bajo mejor en alta frecuencia que en baja esto significa que los ecos debiles son detectados mejor en alta frecuencia.

25. Ruido acustico • Dentro de una embarcación nosotros tenemos tres “generadores de ruido”. • Ruido de la hélice. • Ruido del motor. • Ruido de corriente o de corte de agua. • Por lo tanto, la ubicación del sonar deve ser lo mas lejos posible de sala de maquinas y en especial a la hélice. • En nuestras manos esta hacer que el ruido sea pequeño poniendo en practica lo siguiente: • Un filtro de banda angosto. • Transmisión y recepción en modo FM. • Especial filtro RCG • Alto Source Level SL • Debil lóbulos secundarios.

26. Ruido acustico Sonido Ultrasonido Infrasound Ecosondas Ruido de la hélice Voz de la ballena Energia del sonido Bat orientation Oido del pez Oido Humano Oido del perro 20Hz 20 000Hz 120 kHz Frecuencia del sonido

27. Acoustic noise • La hélice es la mayor causa de ruido que afecta al sonar. • Un movimiento lento de la hélice genera un pequeño ruido mas. El paso variable de las mismas es una ventaja. • El ruido es principalmente generado por la cavitación dentro de las palas de la hélice. • En aguas poco profundas, se suma al ruido directo recibido por la hélice, la reflexión del fondo generado por el ruido de la hélice. • En aguas profundas solo afecta directamente el ruido generado por la hélice.

28. Signal to noise level • Para detectar un blanco, el nivel señal de retorno deve ser mayor al nivel de ruido producido. • Si el nivel de ruido es constante, se puede incrementar el rango de deteción incrementando el Source Level.

29. Signal to noise level • O se puede reducir el ruido.

30. Nivel de Ruido (dB) Velocidad en nudos Noise level • Al determinar el nivel de ruido de una embarcación, se debe realizar una prueba en movimiento en aguas profundas partiendo desde cero y luego cambiar lentamente la velocidad hasta llegar al máximo. (Curva Tipica)

31. Nivel de Ruido (dB) Velocidad en nudos Noise level • A velocidad maxima, parar la hélice y lentamente la velocidad de la embarcación llegara a cero. • Este es una prueba para determinar el nivel de ruido de la hélice comparado con el nivel de ruido de corriente. • Un alto nivel de ruido, disminuye el rango de detección. (Curva tipica)

32. Ganancia de receptor(dB) TVG Off 10 log R 15 log R 20 log R 25 log R 30 log R Rango 2 20 200 2 000 TVG, Ganancia varible con el tiempo • También llamada ganacia cercana, media y lejana. TVG Rango: 1700 metros

33. TVG Off TVG Off TVG Off TVG Off TVG Off 10 log R 10 log R 10 log R 10 log R 10 log R 15 log R 15 log R 15 log R 15 log R 15 log R 20 log R 20 log R 20 log R 20 log R 20 log R 25 log R 25 log R 25 log R 25 log R 25 log R 30 log R 30 log R 30 log R 30 log R 30 log R Control de ganancia • El control de ganancia se mueve de arriba hacia abajo. • Con 1 dB por paso. Ganancia del receptor (dB) Rango 2 20 200 2 000

34. Alto nivel de ruido Medio nivel de ruido Nivel de ruido • Cardumen a diferente rango con TVG = 20 log R • Un cardumen a diferente rango sin TVG. Rango 2 20 200 2 000

35. Ganancia de receptor (dB) Rango 2 20 200 2 000 AGC, Control de ganancia automática Al funcionar el sonar con AGC, usted deja el control del aumento y el sonar asume el control y ajuste del aumento.

36. Ganancia del receptor (dB) Range 2 20 200 2 000 AGC, Control de ganancia automática • AGC esta controlando pára cada uno de los 64 haces. El sonar funciona con la ganancia del receptor en aumento como una función preestablecida. Cuando el sonar está golpeando un eco fuerte, el aumento disminuirá repentinamente. Esto depende de la fuerza del eco. Cuando se va el eco, el aumento va de nuevo a la curva original de TVG.

37. Ganancia de receptor (dB) Rango 2 20 200 2 000 AGC, Control de ganancia automática Cuando el sonar está golpeando un eco débil, el aumento aumentará repentinamente. Esto depende de la fuerza del eco. Cuando se va el eco, el aumento va de nuevo a la curva original de TVG.

38. Ganancia de receptor (dB) Rango 2 20 200 2 000 AGC, Control de ganancia automática Debil, Medio y Fuerte AGC son las posiciones del control AGC. Recomendamos a que se trabaje con Medio o Debil.

39. Ganancia del receptor(dB) Rango 2 20 200 2 000 AGC, Control de ganancia automática Para corte vertical, AGC podria ser OFF, y el RCG podria ser FUERTE

40. Propagación del sonido en el agua

41. Enemigo no 1: Absorción Temp Sal Temperature

42. Enemigo no. 2: Reverberación La reverberación, no es semejante al ruido, estos son ecos reales que se vuelven al sonar cuanto hay más energía emitida hacia fuera, más los ecos del cardumen. Surperficie Cardumen Fondo

43. Reverberación Cuanto más largo es la longitud del pulso, más es la reverberación Superficie Cardumen Fondo

44. Reverberación Usted experimentará ecos indeseados en la pantalla. Éstos son ecos de la superficie y del fondo tomados por los lóbulos laterales en el rango corto y el lóbulo principal en un rango más largo School Una superficie lisa y un fondo fangoso plano da un mínimo de ecos indeseados. (reverberación)

45. Reverberación En un día picado, se presentara la reverberación de la superficie. A más olas, más es la reverberación. Esta reverberación también se toma cerca del lóbulo principal en un rango más largo. Cardumen La inclinación (tilt) hacia abajo evitara esta reverberación

46. Reverberación Cuando el fondo es irregular, la reverberación presentada es pesima. Cardumen

47. Reverberación En un fondo es de cascajo o piedra, la reverberación presentada es mucho peor. Cardumen

48. Reverberación En un fondo rocoso, la reverberación es la peor. Cardumen

49. Reverberación Para identificar un blanco dentro de la reverberación, la señal del blanco (cardumen) debe ser más fuerte que la reverberación. En nuestro cálculo decimos que 10 dB o 10 veces la fuerza ≈ 3 colores en la escala de color Cardumen

50. Cardumen Reverberación El sonido en su viaje se expande hacia fuera, entonces el lóbulo principal golpeará el fondo en rangos largos. En este punto la detección de ecos débiles llega a ser muy difícil diferenciar de esta reverberación.