Um Sónar | Brimrún | Furuno á Íslandi

Kafli 1 - Um sónara

Sónar er tæki sem finnur fyrirbæri neðansjávar með notkun hljóðbylgja. Hvað fiskveiðar varðar, þá er sónar tæki sem getur leitað bæði lárétt og lóðrétt eftir fiski. Dýptarmælir (fisksjá) getur hins vegar aðeins leitað lóðrétt, beint niður undir eigin skipi.
Sónar sendir örhljóðsbylgju (ultrasonic wave, hljóðbylgju sem er á svo hárri tíðni að mannseyrað greinir hana ekki) gegnum vatnið og nemur endurkastið (-varpið) af sjávarbotninum. Allt sem sendibylgjurnar lenda á, endurkastar bylgjunum til baka og sónartækið sýnir endurvörpin á skjá tækisins. Endurvörpin eru oft nefnd lóðningar. Sá hluti sónarsins sem hljóðbylgjurnar dreifast frá er kallaður botnstykki (Transducer).
Til að staðsetja fiskitorfu notast sónarinn við skjámynd af neðansjávarumhverfi skipsins, mynd sem um margt er lík skjámynd ratsjár. Myndin spannar flötinn undir skipinu, frá vinstri til hægri og afturfyrir og framfyrir skipið og sýnir dreifingu og þéttleika fiskitorfu sem sendibylgjurnar lenda á.
Fiskiskip af öllum gerðum notast við sónara til að finna fiskitorfur.

Kafli 2 - Þannig virkar sónar

Til eru tvær gerðir sónara, geislasónarar (Searchlight Sonar) og hringsónarar (Scanning Sonar)

Geislasónar

Geislasónar sendir frá sér staka örhljóðsbylgju (ultrasonic wave), 6° breiða (geislabreidd 6°). Síðan á sér stað 6° færsla á sónarnum og hann sendir aðra bylgju (sendigeisla). Á þennan hátt getur geislasónar leitað eftir fiski, skref fyrir skref á stóru svæði. Örhljóðsbylgjur á hárri tíðni teljast fara hægt gegnum vatnið og það getur tafið hraða leitarinnar. Þessi þrönga sendigeislabreidd (6°) getur valdið því að sónarinn sýnir ónákvæma mynd af neðansjávarumhverfinu þegar skipið er á hreyfingu.

Um geislasónara

Geislasónar varpar fram mynd af neðansjávarumhverfinu á svipaðan hátt og flugvél tekur mynd af jörðinni sem hún flýgur yfir. Örhljóðsbylgjurnar sem sónarinn sendir frá botnstykkinu undir skipinu endurkastast stöðugt frá þeim fyrirbærum sem þær lenda á, ekki ósvipað og ljósgeisli frá lukt, en þaðan dregur sónarinn nafn sitt. Um leið og botnstykkið hefur sent frá sér bylgju, fer það í móttökuham. Þegar það hefur móttekið endurvarp sendibylgjunnar frá sjávarbotninum, snýst botnstykkið til hægri eða vinstri og sendir frá sér nýja bylgju. Svona er vinnuhringurinn í geislasónurum. Botnstykki geislasónara samanstanda af nokkrum hljóðöldum (Elements, oft kölluð augu) og segja má að hvert þeirra vinni eins og sjálfstætt botnstykki.

Hringsónar

Hringsónar leitar allt umhverfis skipið, 360°, á augabragði með hverri sendibylgju. Sónarinn sendir frá sér breiða bylgju sem kemur í veg fyrir að dauðir geirar (dead zones) myndist í láréttu stefnunni. Þar sem hringsónarinn leitar í 360° umhverfis skipið, nemur hann margsinnis endurvarp af sömu fiskitorfunni. Sónarinn nýtir upplýsingarnar sem hann fær með endurvörpunum til að reikna út stefnu og hraða torfunnar.

Hringsónarar geta birt upplýsingar (skjámyndir) hverju sinni í fullum hring, 360° (efri mynd til vinstri) eða í hálf hring, 180° (efri mynd til hægri).

Afmarka má 90°geira (neðri mynd til vinstri) eða 45°geira (neðri mynd til hægri) og fer sendibylgjan þá aðeins í þær áttir. Þetta er kallað “Sector scanning”, hún virkar svipað og skönnun í geislasónurum, en geislabreiddin er miklu meiri.

Um hringsónara

Í botnstykki hringsónars geta verið nokkur hundruð hljóðöld (Elements) og segja má að hvert þeirra vinni eins og sjálfstætt botnstykki. Hljóðöldunum er raðað lárétt og lóðrétt í grind til að beina megi leitargeislanum (sendibylgjunum) í hvaða átt sem er. Öll hljóðöldin vinna samtímis, senda frá sér örhljóðsbylgjur (ultrasonic waves) og skipta svo yfir í móttöku og nema endurkast bylgnanna af sjávarbotninum og fiskitorfum. Þar sem hljóðöldin eru á fastri grind getur sónarinn reiknað fjarlægðina og stefnuna í fiskitorfur sem verða fyrir sendigeislanum. Það sem gerir sónarnum kleift að reikna þetta út er tímastilling hljóðaldanna milli “á” og “af” (on and off).

Kafli 3 - Einingar

Einingar geislasónara

Myndin til hægri sýnir þær einingar sem hefðbundinn geislasónar samanstendur af. Þær eru; skjáeining (Display Unit), sendi- og móttöku eining (Transceiver Unit), botnstykki (Transducer) og botneining (Hull Unit) ásamt hífingarbúnaði til að slaka botnstykkinu niður og hífa það upp.

Skjárinn sem sýndur er hér er 10,4” að stærð. Stilla má sónarinn til leitunar á dýpi frá; 10, 20, 40 metrum upp í 800, 1200, 1600 metra. Botnstykkið vinnur (valkvætt) á einni af eftirtöldum tíðnum; 60, 88, 150, 180 og 240 kHz.

Botneiningin ásamt botnstykkinu er fest í botn skipsins. Botneiningin getur látið botnstykkið síga um 25 eða 40 cm niður fyrir kjöl skipsins. Venjulega er best að láta það síga í lægstu stöðu, í þessi tilviki um 40 cm, til að forðast að loftbólur trufli endurvörp af botni og torfum.

Einingar hringsónara

Myndin til hægri sýnir þær einingar sem nýjustu gerðir hringsónara samanstanda af; skjáeiningu, vinnslueiningu (Processor Unit), sendi- og móttökueiningu, aflgjafa (Power Supply) og botneiningu (Hull Unit) með botnstykkinu áföstu.

Einingar hringsónarsins eru stórar og innihalda margar smærri einingar, t.d. 21” skjá. Stilla má sónarinn á leitardýpi frá; 60, 100, 150 metrum upp í 4000, 5000 metra.

Leitarsvæði sendigeislanns er 360° umhverfis skipið og 60° fyrir neðan yfirborð sjávar.

Hífingarbúnaður sónarsins getur slakað botnstykkinu niður fyrir kjölinn um 120 cm eða 160 cm.

Ekki er ráðlegt að sigla á fullri ferð með botnstykkið í lægstu stöðu (120 eða 160 cm), þar sem það gæti skemmst eða eyðilagst við að rekast á eitthvert neðansjávardrasl. Þar að auki veldur mótstaða botnstykkisins aukinni olíueyðslu. Þess vegna ætti botnstykkið alltaf að vera í efstu stöðu (innan tanksins yfir kili skipsins) þegar siglt er á miðin og þaðan.

Kafli 4 - Sónarskjárinn

Lárétt sónarmynd

Sónarinn vinnur svipað og dýptarmælir, munurinn felst í hærri úrvinnslutækni sónarsins og getu hans til að leita fiskjar til allra átta umhverfis allt skipið. Sónar leitar bæði lárétt frá skipinu (horn sendigeislans (tilt) er minna en 90°) og lóðrétt (horn sendigeislans er 90°). Venjulegur dýptarmælir (fisksjá) getur aðeins leitað lóðrétt beint undir skipinu. Geta sónarsins til að leita einnig lárétt umhverfis skipið gerir hann ómissandi við allan veiðiskap á fiski sem ekki er botnlægur og jafnframt afar mikilvægan fyrir margar botnlægar fiskitegundir.

Myndin hér til hægri sýnir endurvörp venjulegra láréttra sendigeisla eins og þau birtist á sónarskjánum. Myndin er hringlótt og merkið (△) í miðju myndarinnar táknar eigið skip og staðsetningu þess.

Fína línan sem liggur frá tákni skipsins er fyrir feril skipsins, siglda leið. Myndin sýnir að skipið hefur beygt töluvert í bak (til vinstri) á siglingunni að núverandi staðsetningu.

Stóri guli og rauði hringurinn táknar sjávarbotninn. Á þessari tilteknu mynd sést að horn sendigeislans (tilt) er 21°. Þegar leitargeislinn er stilltur á þetta horn (21°) lendir hann á sjávarbotninum (að því gefnu að dýpið sé ekki of mikið) og endurkastast þaðan í botnstykkið og endurvörpin birtast á þennan hátt eins og hringur á skjánum. Á þessari mynd má einnig sjá stóra fiskitorfu “klukkan 12” til “klukkan 13”. Á þennan hátt eru fiskitorfur sýndar á sónarskjánum.

Sneiðmynd

Auk þess að sýna endurvörp venjulegra láréttra sendigeisla (horn sendigeislans (tilt) er minna en 90°), sýna sónarar einnig endurvörp lóðréttra sendigeisla (horn sendigeislans er 90°), á sama hátt og dýptarmælar. Lóðrétti geislinn spannar allt bilið milli sjávarbotnsins og skipsins og birtir endurvörp af torfum beint undir skipinu og til hliðanna (cross section view) við skönnun.

Myndin til hægri sýnir hvernig endurvörp lóðréttra geisla birtast á skjánum. Merkið (△), efst fyrir miðju myndarinnar, táknar eigið skip. Frá þessum punkti fer sending örhljóðsbylgjunnar frá botnstykkinu í kili skipsins.
Myndin sýnir fiskitorfu u.þ.b. 12 metrum frá frá skipinu á bakborða. Torfan er á 4 til 6 metra dýpi.

Gulu og rauðu endurvörpin sem birtast neðst á myndinni eru af sjávarbotninum. Þau birtast sem lárétt flöt lína þvert yfir alla myndina.

Tvær sónarmyndir

Furuno geislasónarinn CH-600 er tveggja tíðna, sendir og móttekur tvær mismunandi tíðnir samtímis. Sónarinn sendir bæði háar og lágar örhljóðsbylgjur (af sitthvorri tíðninni), samtímis. Þetta gerir það að verkum að tækið getur með nákvæmari hætti greint fiskitorfur frá öðrum endurvörpum.

Á myndinni til hægri má sjá hvernig tveggja tíðna sónarinn birtir upplýsingar (endurvörp) á skjánum. Vinstri hluti myndarinnar sýnir endurvörp bylgjanna af lágu tíðninni, hægri hlutinn endurvörp háu tíðninnar.

Merkið (△) fyrir staðsetningu eigin skips er fyrir miðju hvorrar skjámyndar. Tvær stórar fiskitorfur eru nálægar, “klukkan 4” og “klukkan 8”. Þá sést einnig minni torfa “klukkan 11”. Leitarhringurinn er stilltur á 200 metra og endurvörp eru mjög greinileg á báðum skjáum, þ.m.t. botnendurvörpin á skjámyndinni fyrir háu tíðnina. Háa tíðnin er því töluvert langdræg þó ekki eins og sú lága.

Kafli 5 - Munurinn á fisksjám og sónurum

Sónar er hátækni fisksjá sem leitar fiskjar lárétt í 360° umhverfis eigið skip. Venjulegur dýptarmælir eða fisksjá leitar aðeins lóðrétt undir skipinu, samanber gulu hljóðbylgjurnar á myndunum hér fyrir neðan.
Alla jafnan eru meiri verðmæti fólgin í sónurum en dýptarmælum vegna eiginleika sónaranna umfram dýptarmælanna.

Hringsónar

Geislasónar

Geislasónarar eru notaðir til að fá upplýsingar úr hafdjúpinu, 360° umhverfis eigið skip. Botnstykki sónarsins snýst og halli (tilt) leitargeislans er stillanlegur svo hægt sé að beina geislanum hvert sem er í leitinni að fiskitorfum og við skoðun umhverfisins neðansjávar. Geislasónar vinnur ekki ósvipað og lukt sem sendir frá sér ljósgeisla, en þaðan dregur sónarinn nafn sitt.

Kafli 7 - Nánar um skjámynd sónars

1 Fiskitorfa. Á myndinni sést að bendillinn er yfir fiskitorfu. Með því að merkja torfuna með bendlinum fást eftirfarandi upplýsingar; fjarlægðin í torfuna (21 m.), dýpið sem hún er á (8 m.) og stefnan (Bearing) (afstæð frá skipinu (relative)) í torfuna frá skipinu (226°).

2 Staðsetning eigin skips (stefni þess snýr upp).

3 Ferill eigin skips (sónarinn verður að vera GPS tengdur).

4 Sjávarbotninn. Þegar valið er að beina sendigeislanum grunnt, hafa horn hans (tilt) lítið, t.d. þegar verið er að leita að fiskitorfum nærri yfirborði sjávar, getur það valdið því að endurkast frá botninum verður ekkert og þ.a.l. verður engin hringlaga mynd af botninum á skjánum.

5 Rif eða sker, birtist eins og bugða á innanverðum hring sjávarbotnsins.

6 Horn sendigeislans (tilt). Hér sést hvert horn leitargeislans er (21°). Skipstjórinn ákveður hvernig hann stillir það á hverjum tíma. Tölurnar við litla grafið sýna fjarlægð (37 m.) og dýpi (14 m.) leitarsvæðisins.

7 Fjarlægð. Á þessari mynd er leitarskalinn stilltur á 40 metra.