Ekkolodd

Et ekkolodd er en elektronisk instrument som måler havdyp ved å sende lydsignaler mot havbunnen. Siden lydfarten i vann er rundt 1500 m/s, kan en finne dybden ved å sende ut et lydsignal og måle tiden det tar før et ekko av dette signalet returnerer til mottakeren. En grafisk representasjon av havdypene blir så vist på en skjerm, slik at brukeren kan se havdypet under båten.

Skjematisk fremstilling av ekkolodd, brukt til havs

Havdypet d finner man slik:

$d={\frac {v\cdot t}{2}}$

der v er lydfarten, og t er tiden fra lydsignalet ble sendt ut til ekkoet blir oppfattet av ekkoloddet.

Enkeltstråle-ekkolodd

Enkeltstråle-ekkolodd består vanligvis av et kombinert sender/mottager-element som vanligvis er montert pekende rett nedover mot bunnen. Det forekommer også andre anvendelser, for eksempel forovermontert for å detektere hindringer eller oppovermontert i undervannsfarkoster, for eksempel for å detektere vanndyp eller for operasjoner under is. Slike ekkolodd har en forholdsvis stor åpningsvinkel, gjerne 15-30°, noe som fører til at fotavtrykket på bunnen blir stort, og en mister da detaljene i terrenget. Disse ekkoloddene kan operere på forskjellige frekvenser, og 38 KHz har vært en vanlig frekvens som kombinerer god rekkevidde med forholdsvis små svingere. Lave frekvenser fører til at lyden trenger noe ned i grunnen. Dette utnyttes av spesielle ekkolodd som er laget for å se ned i de første metrene under bunnen. Disse kalles for bunnpenetrerende ekkolodd.

Multistråle-ekkolodd

Dybdeinnsamling med multistråle-ekkolodd.

En videreutvikling av ekkoloddet er multistråle-ekkolodd, som sender ut samtidige lydsignaler mot havbunnen i en vifteform på tvers av fartøyets kurs. For hver puls som sendes ut, scannes dermed en viss sektor av havbunnen. Dataene lagres elektronisk for videre bearbeiding og eventuelt framstilling av batymetriske kart. Hvor bred sektor som måles, varierer med type utstyr og havdyp; opp mot 120° er ikke uvanlig. Det norske firmaet Kongsberg Maritime har vært verdensledende i utviklinga av multistråle-ekkolodd, men også det danske firmaet Reson er markedsleder innenfor deler av markedet.

Moderne multistråle-ekkolodd er vanligvis konstruert ved at sender og mottaker er separert og montert som et kors eller en «T». Ved å bruke et «langt» element, i forhold til bølgelengden sørger en for at bølgefronten brer seg i en smal stråle ut fra senderelementet. Dette er vanligvis montert på langs av farkosten slik at viften brer seg ut vinkelrett fra elementet. Mottakerelementet er montert 90° i forhold til senderelementet og begge består av mange mindre elementer som styres og plukker opp signalet separat. Ved å detektere tidsforskjellene mellom ankomsten til de forskjellige delelementene i mottakeren, kan en beregne hvor strålen kom fra. For å kunne plassere en dybde på bunnen må en selvsagt ha kontroll med alle parametre som påvirker målingene: Fartøyets posisjon og orientering (kurs, hiv, rull og stamp) i sende- og mottakstidspunktet er viktig fordi disse danner grunnlaget for beregningene. Men også lydhastigheten i hele vannsøylen er nødvendig å ha kunnskap om, fordi lydbølgene brytes/avbøyes i henhold til Snells lov. Alt dette gjør et multistråle-ekkolodd til et meget komplisert system som typisk koster flere millioner norske kroner.

Bruksområder

En sildestim kan lokaliseres av ekkolodd

Et Garmin ekkolodd på en båt.

Ekkolodd kan brukes til å identifisere fiskestimer. For trålfisket og annet havfiske betydde ekkoloddet derfor en teknologisk revolusjon i løpet av 1900-tallet. I dag har også sjarker og andre mindre fiskefartøyer ekkolodd om bord. En del større fritidsbåter kan også være utstyrt med ekkolodd.

Ekkoloddet betydde en revolusjon i oppmåling av havbunnen, såkalt batymetri. Mens én måling på større havdyp med loddsnor kunne ta mye av en dag, kunne en nå gjøre flere målinger i minuttet. På grunt vann kan moderne multistråle-ekkolodd samle inn opp mot 40000 dybder i sekundet.

Sjøkartverket (Statens kartverk Sjø) opererer i 2021 fire multistråle-ekkolodd, alle levert av Kongsberg Maritime: Tre EM2040 på fartøyene Havelle, Lomvi og Anda. (Anda er eid av Kystverket, men driftet av Kartverket).EM710 er ombord MS Hydrograf.

Historikk

Den tyske fysikeren Alexander Behm tok patent på ekkoloddet i 1912, og holdes verden rundt for å være oppfinneren, men ikke i Norge.

Imidlertid ble det i Teknisk Ugeblad (senere Teknisk ukeblad) den 8. september 1904 publisert tegninger av et «apparat, hvormed havdybden kan måles, uden at apparatet har forbindelse med havbunden». Denne oppfinnelsen var det den stavangerske oppfinneren Hans Sundt Berggraf (1874-1941) som stod bak. Ved nærmere undersøkelse viser det seg at Alexander Behms' ekkolodd er karbonkopi av Hans' originale oppfinnelse, det finnes ikke lengre originaltegninger av oppfinnelsen utenom det som er publisert i Teknisk Ukeblad. Hans klarte heller ikke å få patent på sin oppfinnelse på grunn av store kostnader. Han søkte 3 ganger til Nansenfondet men fikk avslag fordi Nansen mente oppfinnelse var «får gått til å være sant».

En årelang brevveksling mellom Hans og Alexander har vist at Stavanger-oppfinneren ønsket oppreisning fra tyskeren. Den eneste trøsten han fikk, etter 22 år, var en beklagelse fra Nansenfondet, som anerkjente ham som den egentlige oppfinneren av ekkoloddet. I Norge er Hans Sundt Berggraf i dag anerkjent som den virkelige oppfinneren av ekkoloddet, men fortsatt ikke i verden.

«Titanic» forlis i 1912 satte fart i forskningen på undervannsmålinger. I 1914 hadde amerikaneren Reginald A. Fessenden, som tidligere hadde arbeidet sammen med Thomas Edison, klar en «Iceberg Detector and Echo Depth Sounder». Fessendens detektor sendte ut en lydpuls foran fartøyet for å lytte etter ekko fra undervannsdelen av isfjell forut.

Under første verdenskrig ble Fessenden engasjert i arbeidet med systemer for lokalisering av ubåter. Etter krigen begynte forsøkene med å rette lydpulsen nedover for måling av selve havbunnen, og i 1922 ble Fessendens detektor første gang brukt til å lage et sammenhengende profil av havbunnen, ombord på det amerikanske marinefartøyet USS Stewart.

Referanser

Denne artikkelen er en spire. Du kan hjelpe Wikipedia ved å utvide den.