Jak działa przetwornik?

Dzisiaj zajmiemy się tematem przetworników, wyjaśnimy i opiszemy jego działanie, wskażemy rodzaje dostępnych modeli. Wskażemy jaki rodzaj będzie najlepszy dla jakich zastosowań.

Zapraszamy do artykułu.

 

 

Co to jest przetwornik?

Zaczniemy od wyjaśnienia co to jest przetwornik. Pod jego magiczną nazwą kryje się urządzenie, które wysyła i odbiera sygnały. Możemy śmiało nazwać go „sercem systemu echosondy”. W urządzeniu dochodzi do zamiany impulsu elektrycznego na falę dźwiękową lub energię akustyczną i po powrocie, zamianę w drugą stronę. Inaczej tłumacząc, urządzenie wysyła falę dźwiękową a następnie odbiera echa, które echosonda może odczytać co znajduje się pod powierzchnią wody.

 

Jak działa przetwornik?

Najprościej jak możemy wyjaśnić pracę przetwornika, należy porównać go do głośnika i mikrofonu umieszczonego w jednej obudowie.  Przetwornik odbiera sekwencje impulsów o dużym napięciu, zwanymi impulsami nadawczymi echosondy, tak samo jak głośniki stereo w domu. Następnie przetwornik zamienia impulsy na dźwięk. Dźwięk przemieszcza się po wodzie jako fala ciśnienia. Gdy fala napotka na swej drodze przeszkody,  takie jak trawy, skały, ryby lub dno, odbija się od nich i wraca. Podczas powrotu fali, przetwornik zachowuje się jak mikrofon. Odbierając falę dźwięku, pomiędzy wysłanymi impulsami, zamieniając je z powrotem w energie elektryczną. Przetwornik potrzebuje około 1% czasu na nadawanie i 99% czasu na odbieranie ech. Należy pamiętać, że ten czas liczony jest w mikrosekundach, dlatego przerwy między impulsami są krótkie. Echosonda może obliczyć różnicę czasu pomiędzy i nadawanym impulsem i powrotem echa i wyświetlać informację na ekranie w sposób łatwo zrozumiały dla użytkownika.

 

 

Z czego jest zbudowany przetwornik?

Głównymi częściami przetwornika są elementy piezoceramiczne, które są odpowiedzialne za zamianę impulsu elektrycznego w falę dźwiękową i gdy echo wraca, element ten zamienia falę dźwiękową w impuls elektryczny. Części te są najczęściej w kształcie okrągłym, występują również prostokątne i w kształcie łezki.  Przetwornik może posiadać jeden element, lub serię elementów połączonych razem w jednej obudowie. Przetworniki są wykonywane z 6 różnych komponentów:

- Elementy piezoceramiczne

- Obudowa

- Okno akustyczne

- Materiał izolujący

- Materiał wygłuszający

- Kabel

 

 

Jak przetwornik odczytuje głębokość?

Echosonda mierzy czas od wysłania dźwięku do odebrania echa. Dźwięk przemieszcza się w wodzie z prędkością 1 463 m/s. Aby obliczyć odległość do obiektu, echosonda mierzy czas potrzebny do powrotu sygnału przez prędkość w wodzie. Echosonda interpretuje wyniki i wyświetla głębokość wyrażoną w stopach dla użytkownika.

 

W jaki sposób przetwornik wie jak wygląda dno?

Podczas poruszania się łodzi na wodzie, echa niektórych fal dźwiękowych wracają szybciej niż inne. Wiemy, że wszystkie fale dźwiękowe przemieszczają się z taką samą prędkością. Gdy fala dźwiękowa wróci szybciej niż inne, oznacza że odbiła się od czegoś znajdującego się bliżej przetwornika. Te wczesne powroty fal dźwiękowych ujawniają wszystkie garby i nierówności na podwodnych powierzchniach. Przetworniki są w stanie wykryć, że dno jest twarde, a nawet wyodrębnić między kupką chwastów a skałami, ponieważ fale dźwiękowe będą miały miejsce na powierzchniach lekko różnych.

 

W jaki sposób przetwornik widzi ryby?

Przetwornik widzi ryby, dzięki pęcherzowi pławnemu. Niemal każda ryba posiada pęcherz pławny, wypełniony gazem, który pozwala rybie w łatwy sposób zamieniać ciśnienie wody na różnych głębokościach. Ilość gazu może być regulowana w celu zachowania pływalności. Ponieważ pęcherz pławny zawiera gaz, jest on zdecydowanie różnej gęstości w stosunku do ciała i ości ryb.  Te różnice, w gęstości skutkują tym, że fale dźwiękowe z echosondy odbijają się znacząco. Przetwornik odbiera echo i echosonda jest zdolna do rozpoznania tych różnic. Echosonda przedstawia na echogramie rybę.

 

 

Czy ryby słyszą fale dźwiękowe generowane przez przetwornik?

 

Nie, ryby nie są w stanie usłyszeć tych dźwięków, ponieważ są to ultradźwięki. Są to dźwięki powyżej dźwięków, które mogą być słyszane przez ludzkie ucho. Ludzie mogą słyszeć dźwięki o częstotliwości 10 Hz do 20 kHz. Większość ryb nie jest w stanie słyszeć dźwięków o częstotliwości wyższych niż 500 Hz do 1 kHz. Przetworniki firmy AIRMAR pracują w zakresie od 10 000 kHz do 2 MHz, znacznie omijając zakres wykrywalności dźwięku u ryb.  Jednak większość ludzi, może słyszeć pracę przetwornika pracujących na częstotliwości 10kHz. Dźwięk brzmi jak seria kliknięć.

 

Co to jest częstotliwość?

Częstotliwością nazywamy ilość całkowitych cykli lub drgań, które występują w określonym przedziale czasu. (Przeważnie jedna sekunda). Fale dźwiękowe mogą drgać na każdej z częstotliwości. Najłatwiej zrozumieć to na przykładzie. Instrument muzyczny kotły, produkują niskie dźwięki o niskiej częstotliwości, wibrując kilka razy na sekundę. Natomiast flet wytwarza wysokie dźwięki o wysokiej częstotliwości. Wibrując znacznie częściej niż kotły. Częstotliwość fal dźwiękowych jest mierzona w jednostkach nazwanych Hertz, który oznacza jeden cykl na sekundę. Na przykład 150 kHz pracuje 150 000 cyklów na sekundę.

 

Jaką wybrać częstotliwość?

Przetworniki ARIMAR są przeważnie projektowane na częstotliwość 50 kHz, (50 000 cykli na sekundę). Lub 200 kHz (200 000 cykli na sekundę) Przetworniki mogą zostać zaprojektowane tak, aby efektywnie współpracować z dowolną liczbą specyficznych częstotliwości w zależności od zastosowania i wymagań klienta. Fala dźwiękowa o wyższej częstotliwości będzie dawać obraz o wyższej rozdzielczości, który jest obecny w wodzie, ale w krótkiej odległości od ryb. Rybacy łowiący w płytkich akwenach, którzy chcą lepszego obrazu dna, powinni zdecydować się na przetwornik o wyższej częstotliwości.

Niższe częstotliwości nie dadzą użytkownikowi dobrego obrazu dna, ale mają dużo większy zasięg w obszarach głębokich, gdzie wysokie częstotliwości nie mogą ich osiągnąć.

Przetwornik wyższej częstotliwości będzie generował szybsze, krótsze i częstsze fale dźwiękowe.

Wyższe częstotliwości są bardziej wrażliwe na wszystkie obiekty i zostaną odesłane szczegółowe informacje, które pokażą zdjęcia w wysokiej rozdzielczości na ekranie echosond. Zakres fal o wysokiej częstotliwości jest jednak krótszy. Dźwięk emitowany przez przetwornik o częstotliwości 200 kHz został ograniczony do około 200 m.

Pomyślcie teraz, że fale o dużej częstotliwości powstały za pomocą dużego głazu wyrzucanego do wody. Fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości prawdopodobnie są falami o dużej częstotliwości; to znacznie więcej niż fale o wysokiej częstotliwości.

Ale fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości są duże i dobrze opływają małe obiekty.  Fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości nie są wrażliwe na wykrycie małych ryb lub innych małych przeszkód. Nie przedstawią dokładnych informacji lub czystego obrazu.

 

Rysunek przedstawia różnice w szerokościach wiązek przetworników pracujących na 50 kHz i 200 kHz. Rysunek przedstawia różne przedstawienie tej samej ryby w zależności od użytej częstotliwości.

 

Rodzaje przetworników ze względu na montaż:

- In-Hull- wklejane w kadłub np. P79

- Thru-Hull- montowane w kadłubie np. P319

- Transome- mount – montowane na pawęży np. P58

 

 

Wybór odpowiedniego przetwornika

Występują trzy podstawowe elementy podczas wyboru przetwornika

- sposób montażu przetwornika

- rodzaj łodzi i materiał wykonania kadłuba

- zastosowanie przetwornika lub oczekiwania

 

Rodzaj montażu przetwornika

Przetworniki są standardowo montowane w jeden z trzech sposobów. Montaż w kadłubie, wklejany w kadłub lub montowany na pawęży.