صدى الصوت

يُعد قياس الصدى أو قياس العمق استخدامًا للسونار لتحديد المدى ، وعادةً لتحديد عمق المياه ( قياس الأعماق ). ويتضمن ذلك إرسال موجات صوتية إلى الماء وتسجيل الفاصل الزمني بين الانبعاث والعودة؛ ويسمح وقت الطيران الناتج ، إلى جانب معرفة سرعة الصوت في الماء، بتحديد المسافة بين السونار والهدف. تُستخدم هذه المعلومات عادةً لأغراض الملاحة أو للحصول على الأعماق لأغراض رسم الخرائط .

يمكن أيضًا استخدام القياس بالصدى لتحديد مدى الأهداف الأخرى، مثل أسراب الأسماك . وقد استخدمت التقييمات المائية الصوتية تقليديًا المسوحات المتنقلة من القوارب لتقييم الكتلة الحيوية للأسماك والتوزيع المكاني. وعلى العكس من ذلك، تستخدم تقنيات الموقع الثابت محولات ثابتة لمراقبة الأسماك العابرة.

تُستخدم كلمة قياس العمق لجميع أنواع قياسات العمق، بما في ذلك تلك التي لا تستخدم الصوت ، ولا علاقة لها في الأصل بكلمة الصوت بمعنى الضوضاء أو النغمات. يُعد قياس الصدى طريقة أسرع لقياس العمق من التقنية السابقة المتمثلة في خفض خط القياس حتى يلامس القاع.

حصل المخترع الألماني ألكسندر بهيم على براءة الاختراع الألمانية رقم 282009 لاختراعه جهاز قياس صدى الصوت (جهاز لقياس أعماق البحر والمسافات واتجاهات السفن أو العوائق عن طريق الموجات الصوتية المنعكسة) في 22 يوليو 1913. ^{[1] [2] [3]} وفي الوقت نفسه، في فرنسا، تم تجنيد الفيزيائي بول لانجفين (المرتبط بماري كوري والمعروف بعمله البحثي في ​​الفيزياء النووية ) من قبل مختبرات البحرية الفرنسية في بداية الحرب العالمية الثانية وأجرى بحثًا (سريًا آنذاك) على أجهزة السونار النشطة للحرب المضادة للغواصات (باستخدام جهاز إرسال كهرضغطي ). تم تطوير عمله وتنفيذه من قبل علماء وفنيين آخرين مثل تشيلوفسكي وفلوريسون وبيير مارتي. ^{[ لا توجد مقالات خاصة بهؤلاء. هل هم جديرون بالملاحظة؟ ] على الرغم من أن} جهاز صدى الصوت (السونار) الذي يعمل بكامل طاقته لم يكن جاهزًا للاستخدام في زمن الحرب، فقد كانت هناك تجارب ناجحة قبالة تولون وفي القنال الإنجليزي منذ عام 1920، وتم الحصول على براءات اختراع فرنسية للاستخدامات المدنية. تم تجهيز السفن الأوقيانوغرافية وسفن المساعدة في صيد الأسماك في أعالي البحار الفرنسية بأجهزة تسجيل سونار Langevin-Florisson و Langevin Marti منذ منتصف/أواخر عشرينيات القرن العشرين. ^[4]

كانت إحدى أولى وحدات قياس الصدى التجارية هي جهاز Fessenden Fathometer، الذي استخدم مذبذب Fessenden لتوليد الموجات الصوتية. وقد تم تركيبه لأول مرة بواسطة شركة Submarine Signal Company في عام 1924 على متن سفينة M&M ^{[ بحاجة لتوضيح ]} SS Berkshire. ^[5]

تقاس المسافة بضرب نصف الوقت من نبضة الإشارة الصادرة إلى عودتها بسرعة الصوت في الماء، والتي تبلغ حوالي 1.5 كيلومتر في الثانية. تختلف سرعة الصوت قليلاً حسب درجة الحرارة والضغط والملوحة؛ وللتطبيقات الدقيقة للقياس بالصدى، مثل المسح الهيدروغرافي ، يجب أيضًا قياس سرعة الصوت، عادةً عن طريق نشر مسبار سرعة الصوت في الماء. القياس بالصدى هو تطبيق خاص للسونار يستخدم لتحديد موقع القاع. نظرًا لأن وحدة عمق المياه التاريخية قبل النظام الدولي للوحدات كانت القام ، فإن الأداة المستخدمة لتحديد عمق المياه تسمى أحيانًا مقياس القام .

تعتمد أغلب أعماق المحيطات المرسومة على متوسط ​​أو سرعة صوتية قياسية. وفي الحالات التي تتطلب دقة أكبر، يمكن تطبيق معايير متوسطة وحتى موسمية على مناطق المحيطات. وللحصول على أعماق عالية الدقة، والتي تقتصر عادةً على المسوحات العلمية أو لأغراض خاصة، يمكن خفض جهاز استشعار لقياس درجة الحرارة والضغط والملوحة. وتُستخدم هذه العوامل لتقدير سرعة الصوت الفعلية في عمود المياه المحلي بدقة أكبر. وغالبًا ما يستخدم مكتب مسح السواحل الأمريكي هذه التقنية لإجراء المسوحات الملاحية للمياه الساحلية الأمريكية. ^[6]

يعد جهاز قياس الصدى أحادي الشعاع أحد أبسط أنواع أجهزة السونار تحت الماء وأكثرها أساسية. وهي منتشرة في عالم القوارب وتُستخدم في عدد من المركبات البحرية الآلية المختلفة. تعمل باستخدام محول لإصدار نبضة عبر الماء والاستماع إلى صدى الصوت. وباستخدام هذه البيانات، يمكنها تحديد المسافة من أقوى صدى، والذي يمكن أن يكون قاع البحر أو هيكل خرساني أو عقبة أكبر أخرى. ^[7] جهاز تحديد الأسماك هو جهاز قياس صدى الصوت يستخدمه الصيادون الترفيهيون والتجاريون.

بالإضافة إلى كونه مساعدًا للملاحة (ستحتوي معظم السفن الأكبر على مقياس عمق بسيط على الأقل)، يُستخدم قياس الصدى عادةً لصيد الأسماك . غالبًا ما تمثل الاختلافات في الارتفاع أماكن تجمع الأسماك. كما سيتم تسجيل أسراب الأسماك أيضًا. ^[8]

في المناطق التي تتطلب قياس الأعماق بشكل مفصل ، يمكن استخدام جهاز قياس صدى دقيق لعمل المسح الهيدروغرافي. هناك العديد من الاعتبارات عند تقييم مثل هذا النظام، ولا تقتصر على الدقة الرأسية والدقة وعرض الحزمة الصوتية لحزمة الإرسال/الاستقبال والتردد الصوتي للمحول .

إن أغلب أجهزة قياس الصدى الهيدروغرافي ثنائية التردد، مما يعني أنه يمكن إرسال نبضة ذات تردد منخفض (عادة حوالي 24 كيلو هرتز) في نفس الوقت مع نبضة ذات تردد عالي (عادة حوالي 200 كيلو هرتز). ونظرًا لأن الترددين منفصلان، ^{[ يحتاج إلى توضيح ]} فإن إشارتي الإرجاع لا تتداخلان عادةً مع بعضهما البعض. يتمتع قياس الصدى ثنائي التردد بالعديد من المزايا، بما في ذلك القدرة على تحديد طبقة نباتية أو طبقة من الطين الناعم فوق طبقة من الصخور.

تستخدم أغلب العمليات الهيدروغرافية محول تردد 200 كيلوهرتز، وهو مناسب للعمل على الشاطئ حتى عمق 100 متر. تتطلب المياه العميقة محول تردد أقل لأن الإشارة الصوتية للترددات المنخفضة أقل عرضة للتوهين في عمود الماء. الترددات المستخدمة بشكل شائع لسبر المياه العميقة هي 33 كيلوهرتز و24 كيلوهرتز.

كما أن عرض شعاع المحول هو أيضًا من الأمور التي يجب على خبير رسم الخرائط المائية مراعاتها، وذلك للحصول على أفضل دقة للبيانات التي تم جمعها، ومن الأفضل استخدام عرض شعاع ضيق. وكلما زاد تردد التشغيل، كلما كان عرض الشعاع أضيق. لذلك، فهو مهم بشكل خاص عند القياس في المياه العميقة، حيث يمكن أن تكون البصمة الناتجة عن النبضة الصوتية كبيرة جدًا بمجرد وصولها إلى قاع البحر البعيد.

إن جهاز قياس صدى الصوت متعدد الأطياف متعدد الحزم هو امتداد لجهاز قياس صدى الصوت ثنائي التردد ذي الحزم الرأسية، حيث أنه بالإضافة إلى قياس مسحين مباشرة أسفل السونار بترددين مختلفين، فإنه يقيس مسحات متعددة بترددات متعددة، وبزوايا ارتطام متعددة مختلفة، ومواقع متعددة مختلفة على قاع البحر. يتم تفصيل هذه الأنظمة بمزيد من التفصيل في القسم المسمى جهاز قياس صدى الصوت متعدد الحزم .

تُستخدم أجهزة قياس الصدى في التطبيقات المعملية لمراقبة عمليات نقل الرواسب والتآكل والتآكل في نماذج مصغرة (النماذج الهيدروليكية، والمجاري المائية، وما إلى ذلك). ويمكن أيضًا استخدامها لإنشاء مخططات ثلاثية الأبعاد.

يتم تحديد الدقة المطلوبة لجهاز قياس الصدى الهيدروغرافي من خلال متطلبات المنظمة الهيدروغرافية الدولية (IHO) للمسوحات التي سيتم إجراؤها وفقًا لمعايير المنظمة الهيدروغرافية الدولية. ^[9] هذه القيم موجودة في منشور المنظمة الهيدروغرافية الدولية S44.

من أجل تلبية هذه المعايير، يجب على المساح أن يأخذ في الاعتبار ليس فقط الدقة الرأسية والأفقية لجهاز قياس الصدى والمحول، بل ونظام المسح ككل. يمكن استخدام مستشعر الحركة، وبشكل خاص مكون الرفع (في قياس الصدى أحادي الحزمة) لتقليل القياسات لحركة السفينة التي تتعرض لها على سطح الماء. بمجرد تحديد جميع أوجه عدم اليقين لكل مستشعر، سينشئ خبير المساحة المائية ميزانية عدم اليقين لتحديد ما إذا كان نظام المسح يلبي المتطلبات التي حددتها المنظمة الهيدروغرافية الدولية.

تمتلك المنظمات الهيدروغرافية المختلفة مجموعة خاصة بها من الإجراءات والأدلة الميدانية لتوجيه مساحيها لتلبية المعايير المطلوبة. ومن الأمثلة على ذلك منشور سلاح المهندسين بالجيش الأمريكي EM110-2-1003، ^[10] ودليل الإجراءات الميدانية التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي. ^[11]

• علم المحيطات الصوتي
• ألكسندر بيهم – المخترع
• مركبة ذاتية القيادة
• مقياس الأعماق
• مقياس العمق
• مذبذب فيسيندن
• الصوتيات في مصايد الأسماك
• الصوتيات المائية
• المسح الهيدروغرافي
• سونار
• قياس العمق
• الصوتيات تحت الماء

الوسائط المتعلقة بـ Echo sounding في ويكيميديا ​​كومنز

• "كيف تحدد الأصداء عمق المياه تحت السفينة" مجلة Popular Mechanics Monthly، يوليو 1930 - رسم توضيحي لتفاصيل أجهزة قياس العمق المبكرة باستخدام الأصداء
• ELAC (1982) مقدمة إلى قياس الصدى . Honeywell-ELAC-Nautik GmbH، كيل، 88 صفحة، (pdf 27.5 ميجا بايت)