Què és i com funciona un sonar

como funciona el sonar

Hi ha una gran quantitat d’equips electrònics que s’utilitzen per a la navegació en tot tipus de vaixells. Entre ells hi ha el GPS, el radar, el Plotter o carta electrònica, els equips de radiocomunicacions i la sonda. La majoria d’aquests equips es van inventar a principis del segle passat i, tot i que han anat rebent moltes millores al llarg d’aquests anys, les bases del funcionament continuen sent les mateixes.

Un d’aquests equips inventats durant la primera meitat del segle passat, que serveixen per facilitar la navegació i permeten obtenir dades de l’entorn que envolta l’embarcació, és el sonar. Des de la nostra escola nàutica a Barcelona a continuació explicarem què és un sonar, com funciona el sonar, quin tipus d’ones utilitza i com es fan servir per explorar el fons marí.

Què és un Sonar

Un sonar és un equip electrònic que permet detectar els objectes propers a una embarcació que es trobin dins l’aigua mitjançant l’ús d’ultrasons. Amb un sonar es poden detectar tant els objectes que estiguin flotant a l’aigua, com embarcacions, com els que estiguin submergits, incloent-hi els submarins, els peixos i el fons marí.

El nom sonar prové de les sigles en anglès de SoundNavigationandRanging. Per tant, és un sistema que utilitza el so per prestar una ajuda a la navegació mitjançant la detecció d’objectes i la determinació de la distància a què es troben.

Això permet que el sonar tingui una gran varietat d’usos, per exemple a la pesca oa la detecció de la forma del fons marí. També té moltes aplicacions en l’àmbit militar, per al qual va ser inventat al principi, de la mateixa manera que la majoria dels equips electrònics que disposen avui dia els vaixells civils.

Alguns dels usos militars són el sonar submarí, o sonar antisubmarí, que permet detectar el soroll que produeixen les vibracions dels motors dels submarins o detectar-los pel rebot de les ones sonores enviades des del mateix sonar; les comunicacions subaquàtiques a través d’ones de so; els torpedes i mines sonar, que poden detectar el seu objectiu i dirigir-s’hi; etc.

Alguns usos civils per als vaixells amb sonar són les aplicacions pesqueres usades per detectar els bancs de peixos, que a més de la seva posició permeten saber el tipus de peixos i la quantitat dels mateixos; la sonda, que permet conèixer la profunditat del fons marí; hi ha corredores que permeten calcular la velocitat de moviment del vaixell gràcies a l’efecte Doppler, en canviar la freqüència del so transmès al rebut; arqueologia subaquàtica per detectar restes; càlcul de la topografia del fons marí o de la composició o biomassa; seguiment d’espècies marines mitjançant sensors que se’ls col·loquen; detecció d’icebergs; etc.

Com funciona el Sonar

El funcionament bàsic d’un sonar és força senzill, encara que el disseny dels components i els càlculs per a la seva programació puguin ser molt complexos. Tal com es pot apreciar per la similitud del nom que se li dóna, hi ha molta relació entre el sonar i el so.

El sonar consta d’un transductor capaç de transformar senyals acústics transmesos a través de l’aigua del mar en electricitat o senyals elèctrics i viceversa. Amb aquest transductor es reben els sons que es transmeten a través del mar, i poden ser els procedents d’un motor d’un altre vaixell, els produïts per animals aquàtics o el ressò del so produït pel mateix transductor.

Si després aquest senyal és processat, es pot reproduir a través d’un altaveu, permetent a l’operari escoltar els sorolls que es transmeten a través de l’aigua, però també es pot processar per obtenir una altra informació.

Quan el transductor s’engega emet un impuls de so a través de l’aigua. Aquestes ones es transmetran a través de l’aigua, però en trobar-se amb un objecte sòlid hi rebotaran. Un cop transmès l’impuls, el transductor es manté a l’escolta durant un període determinat. Si el transductor rep el rebot de l’ona que ha enviat, calculant el temps que ha trigat a arribar el rebot es podrà saber a quina distància es troba l’objecte.

Un transductor bàsic serà omnidireccional, es a dir, que enviarà l’ona a totes les direccions simultàniament. Això vol dir que només es podrà saber la distància als objectes, però no la seva direcció. Tot i això, el transductor es pot modificar perquè l’ona s’enviï només en una direcció. D’aquesta manera, es detecta si hi ha un objecte en una direcció determinada, després es reorienta el transductor i es repeteix l’operació a totes les direccions. Així es pot detectar la direcció on es troben els objectes, a més de la seva distància.

Aquest funcionament és molt similar al del radar, per això de vegades es defineix aquest tipus de sonar com a sonar radar. El radar localitzador de vaixells funciona de la mateixa manera. Consta d’una antena que transmet una ona electromagnètica a través de l’aire en una direcció concreta i en detecta el rebot en els objectes, calculant, segons el temps del rebot, la distància a què es troben. Després de repetir el mateix procés en totes les direccions pot dibuixar una imatge en una pantalla que representa la superfície del mar, dibuixant els objectes detectats sobre ella.

Quin tipus d’ona utilitza el sonar?

El sonar fa servir ones de so per realitzar la seva funció. No es poden fer servir les ones electromagnètiques que utilitza el radar, ja que no es transmeten a través de l’aigua. En canvi el so sí que es transmet molt bé sota l’aigua i també rebota en els objectes sòlids, per la qual cosa resulta força útil per a aquesta comesa.

Es poden utilitzar diferents freqüències segons quin tipus de sonar es faci servir, o depenent de la funció que es vol realitzar amb el sonar variant normalment entre 20 Hz i més de 300 kHz. Les freqüències més altes permetran una millor precisió per determinar la forma dels blancs que es detectin o per detectar blancs més petits, per exemple per detectar la presència i la quantitat de la biomassa del fons marí. Les freqüències més baixes permeten un major abast i fins i tot poden penetrar parcialment al fons marí, permetent escombrar zones majors i fins i tot determinar les característiques de les capes superficials del fons marí.

Independentment de la freqüència, les ones de so es propaguen a una velocitat aproximadament constant. La velocitat del so depèn del medi pel qual es propaga, principalment de la densitat i la temperatura. A més temperatura més gran serà la velocitat de propagació i com més densitat també més gran serà la velocitat de propagació del so.

Per tant, la velocitat de propagació a través de l’aigua variarà en funció de la temperatura, la salinitat i la profunditat. No obstant això, el valor estàndard que s’usa com a referència són 1500 metres per segon, sent força superior a la velocitat del so a l’aire, que es considera amb un valor estàndard de 343 metres per segon.

Un cop coneguda la velocitat de propagació, utilitzant una equació senzilla es pot mesurar la distància a què es troba l’objecte:

D és la distància de l’objecte en metres. V és la velocitat de 1500 metres per segon i T és el temps en segons que triga a arribar el rebot del so. S’ha de dividir entre dos perquè el so ha d’anar fins a l’objectiu i després tornar.

Quants tipus de sonar hi ha?

Encara que hi ha molts models diferents, que usen per exemple freqüències diferents segons l’ús que es vulgui donar al sonar com s’ha explicat abans, o també poden fer servir diferent potència segons l’abast que es vulgui obtenir, tots aquests models es poden classificar en uns quants tipus principals.

Primer es podrien classificar per la seva direccionalitat. És a dir, hi ha alguns sonars que no permeten detectar la direcció de procedència del so, que poden servir per exemple per detectar la presència o no de cetacis, peixos o embarcacions. Altres podran detectar la direcció horitzontal de procedència del so, per exemple per fer cerques de mines, embarcacions o altres objectes a la superfície. Finalment, altres podran detectar també la direcció tridimensional, permetent realitzar un mapa del fons marí, per exemple.

Tot i això, la classificació més important sobre els diferents tipus de sonar és la que els divideix segons si són passius o actius. Els sonars passius són coneguts com a hidròfons, i es tracten simplement d’una mena de micròfon submarí, que només detecta so, però no n’emet. Aquests només podran detectar la direcció del so, però no la distància a què es troba la font d’emissió. Per contra, un sonar actiu també té un transmissor que permetrà enviar ones de so que produeixin rebots o ressons en els objectes, permetent conèixer-ne la direcció i també la distància a què es troben.

Reconèixer el fons marí amb una sonda

No hi ha gaires embarcacions civils que disposin de sonar instal·lat, a part de les dedicades a recerca o exploració submarina. No obstant això, hi ha un equip que sí que és molt més comú trobar a bord i que segueix el mateix principi de funcionament que el sonar. Aquest equip és la sonda.

La sonda permet detectar la profunditat d’aigua on navega l’embarcació. Envia una ona de so cap al fons i rep el rebot, calculant la distància depenent del temps que hagi trigat a arribar el rebot. Al cap y a la fi es tracta d’un sonar, però en lloc d’usar-se per localitzar objectes dins l’aigua, s’utilitza per detectar la distància a què es troba el fons marí.

Reconèixer el fons del mar amb una sonda és una de les millors maneres de mantenir una navegació segura en zones de poca profunditat. No obstant això, cal tenir en compte que la sonda ens indica la profunditat que hi ha al lloc on es troba l’embarcació, per la qual cosa no ens permet saber la profunditat que hi ha al voltant d’ella, per tant continua sent necessari comprovar les cartes nàutiques i calcular l’alçada de la marea per saber per quines zones es podrà navegar amb seguretat abans de posar l’embarcació en perill.

Una sonda d’altes prestacions pot permetre detectar roques o restes al fons marí, i també es pot fer servir a la pesca per detectar bancs de peixos i fins i tot identificar el tipus de peixos que es tracta.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *