Lo Scandaglio (estratto dal Manuale dell’Ufficiale di Rotta- Genova 1992) (estratto dalla AN 1-27) C.F. Luca Bercini

Lo scandaglio L’ecoscandaglio è uno strumento che genera periodicamente un segnale (sonoro o ultrasonoro) subacqueo e misura il tempo tra la trasmissione del segnale e la ricezione dell’eco riflessa dal fondo del mare. Stabilita la velocità del suono in acqua, questo intervallo di tempo viene convertito in distanza (che in questo caso è la profondità) secondo la semplice

Lo scandaglio La velocità del suono in acqua varia con: Temperatura Salinità Pressione Il suo valore medio è prossimo a 1500 m/s. tale valore è quello impostato negli scandagli a velocità fissa. In mare a meno di casi particolari, la velocità reale è leggermente superiore, si misurano quindi fondali inferiori, con un aumento della sicurezza.

Lo scandaglio L’ecoscandaglio è formato da un trasduttore, che funziona sia da emettitore che da ricevitore, e da un registratore che include anche i comandi del sistema. Il trasduttore converte gli impulsi elettrici in energia sonora che viene trasmessa in acqua. Quando l’energia sonora colpisce il fondo del mare, parte viene assorbita e parte viene riflessa e ritorna la trasduttore che la converte in energia elettrica, che opportunamente amplificata, permetterà la presentazione visiva della profondità.

Lo scandaglio Il trasduttore irradia l’energia in un lobo sonoro la cui ampiezza dipende dalla combinazione della frequenza impiegata e dalle dimensioni del trasduttore stesso. In presenza di fondo tormentato tale ampiezza influisce sull’ecogramma fornendo una rappresentazione che non corrisponde alla reale morfologia: le inclinazioni delle scarpate vengono accentuate, le cime delle montagne o delle dorsali appiattite, mentre non vengono riportati i fondi di canyons e fratture. Per ottenere una rappresentazione del fondo più rispondente alla realtà occorre impiegare ecoscandagli direttivi (lobo stretto) allargando le dimesione del trasduttore e stabilizzandolo.

Lo scandaglio Il trasduttore viene generalmente installato in prossimità della chiglia, la sua posizione deve essere scelta con accuratezza in modo tale da limitare i rumori indotti dai macchinari della nave, che possono generare interferenze, ed i disturbi derivanti dalla forma della carena e dalle eliche o propulsori che possono creare bolle d’aria Attualmente molti degli ecoscandagli imbarcati utilizzano una doppia frequenza. L’uso contemporaneo di due frequenze consente di ottnere una visualizzazione del fondo marino evidenziando il sedimento superficiale dal fondo compatto o dal substrato roccioso. La bassa frequenza (30khz) ha una maggiore portata e penetra più profondamente nel sedimento, l’alta frequenza (200 khz) viene riflessa anche da sedimenti poco consistenti.

La propagazione del suono in acqua I suoni vengono prodotti per cause meccaniche da tutti i corpi sensibili alle vibrazioni; la trasmissione avviene attraverso la vibrazione delle particelle del mezzo, le quali vengono spostate in successione, rispetto alla loro posizione di riposo, dalla propagazione dell’onda. L’elasticità del mezzo agisce come una forza che tende a riportare ciascuna particella nella sua posizione iniziale. L’onda di compressione e quella di decompressione si trasmettono da una molecola all’altra del mezzo senza alcun trasporto di materia.

La propagazione del suono in acqua La velocità con cui tali onde di compressione e di rarefazione si propagano viene chiamata comunemente velocità di propagazione del suono in acqua e la indicheremo con il simbolo “u”. Una formula empirica per il calcolo delle velocità è: U=1449,2+(4,623-0,0546T)T+1,391(S-35)+0,017z Dove T è la temperatura in °C, S la salinità in millesimi e z la profondità in metri.

Funzionamento del trasduttore Vengono comunemente impiegati due tipi di trasduttori: Piezoelettrici Magnetostrittivi

Piezoelettricità Consiste nel fatto che se si deforma una lamina, ricavata da un cristallo di quarzo, sulla faccia della stessa lamina si accumulano cariche elettriche proporzionali alla deformazione. L’effetto piezoelettrico inverso consiste nel fatto che se si sottopone una lamina di un cristallo (classi cristallografiche prive di centro di simmetria) ad un campo elettrico opportunamente orientato si determina una variazione delle dimensioni e quindi una alterazione della forma proporzionale al campo elettrico applicato.

Magnetostrizione Un filo percorso da corrente genera, come è noto, un campo magnetico le cui linee di forza sono circonferenze perpendicolari al filo ed abbraccianti il conduttore. Se il filo attraversa una lamina di un particolare metallo (ferro, nickel, cobalto o loro leghe) la lamina sotto l’azione di un campo magnetico alternativo, come la corrente che lo genera, si dilata e si restringe. Tale fenomeno è reversibile, ovvero una lamina soggetta a vibrazioni, cioè ad azioni alternate di concentrazione e dilatazione, subisce una variazione nel suo magnetismo; e così nel campo magnetico circostante che induce una una tensione alternata nell’avvolgimento del filo che l’attraversa.

Caratteristiche di uno scandaglio Frequenza di lavoro Apertura del lobo Durata dell’impulso Cadenza Potenza Velocità strumentale Tipo di trasduttore

Frequenza di lavoro Varia nel campo delle frequenze u.s. e da essa dipendono: La direttività (a parità di superficie irradiante del trasduttore, all’aumentare della frequenza aumenta la direttività) Potere discriminatore (all’aumentare della frequenza aumenta la possibilità di localizzare ostacoli poco coerenti) Con frequenza elevata uno scandaglio risulterà estremamente direttivo (lobo stretto anche con trasduttore piccolo), in grado di discriminare qualsiasi ostacolo,ma di modesta portata; mentre con bassa frequenza uno scandaglio risulterà poco direttivo, capace di discriminare solo ostacoli compatti, con portata soddisfacente

Direttività Per direttività si intende la capacità di concentrare entro un cono più o meno stretto (lobo di emissione) l’energia da emettere, in modo da ottenere: La massima portata La massima precisione nella determinazione dell’ostacolo.

Durata dell’impulso Dalla minore o maggiore durata dell’impulso dipendono, entro certi limiti, la precisione della misura ed il minimo fondale rilevabile Con un impulso di 0,1 ms il minimo fondale rilevabile è di 8 cm, con un impulso di 1 ms tale valore sale a 75 cm. Con una cadenza di 10 e un impulso di 0,1 ms il massimo fondale rilevabile è di 75 metri. All’aumentare del fondale è necessario: Aumentare la durata dell’impulso e cioè aumentare il contenuto energetico Ridurre la cadenza per consentire al ricevitore di ricevere l’eco di ritorno

In uno scandaglio U.S. si hanno pertanto: Impulso corto ed elevata cadenza nei fondali bassi (50m max) Impulso lungo e bassa cadenza per elevati fondali