I profilatori di velocità del suono (SVP) misurano o calcolano la velocità del suono nella colonna d’acqua per consentire misurazioni accurate tramite sonar, idrografiche e acustiche sottomarine. I sistemi spaziano dai sensori compatti di velocità del suono per AUV, ROV, aliante subacquei e USV fino a strumenti portatili, a caduta libera, installati su imbarcazioni e fissi.
Questa categoria presenta i principali fornitori di sensori e profilatori di velocità del suono, che supportano la correzione degli ecoscandagli, la mappatura dei fondali marini, il posizionamento acustico, le indagini ambientali e l’analisi della colonna d’acqua.
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Apparecchiature idrografiche e oceanografiche per imbarcazioni di superficie senza equipaggio e autonome e veicoli subacquei
Apparecchiature per rilievi idrografici: ecoscandagli multibeam, sonar a scansione laterale, sensori di velocità del suono e profilatori
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I profilatori di velocità del suono (SVP) misurano o calcolano la velocità del suono attraverso la colonna d’acqua, fornendo dati che possono essere utilizzati per migliorare la precisione dei sistemi idrografici, oceanografici e acustici sottomarini. Poiché la velocità del suono varia in funzione della temperatura, della salinità e della pressione, un profilo accurato della velocità del suono è fondamentale ovunque le misurazioni sonar dipendano dalla propagazione dell’energia acustica attraverso l’acqua marina.
Un profilatore di velocità del suono, comunemente denominato SVP, può misurare direttamente la velocità del suono oppure calcolarla a partire da parametri misurati quali temperatura, conduttività e pressione, con la salinità ricavata dalla conduttività. La moderna tecnologia SVP spazia dai sensori compatti su piattaforme autonome alle sonde portatili e ai sistemi di profilatura installati su imbarcazioni. La configurazione appropriata dipende dalla profondità di rilevamento, dalla precisione richiesta, dal metodo di dispiegamento, dalla frequenza di campionamento, dai requisiti di calibrazione e dall’attrezzatura acustica supportata.
Profiler di velocità del suono SVP1500 di Hydro-Tech
I veicoli subacquei autonomi (AUV) e gli alianti subacquei possono trasportare sensori SVP compatti per raccogliere dati sulla velocità del suono nell’ambito di una missione. L’integrazione diretta di un sensore di velocità del suono in una piattaforma autonoma può ampliare la copertura spaziale delle misurazioni ambientali e ridurre la dipendenza dai rilanci effettuati da imbarcazioni. Dimensioni, peso, consumo energetico, frequenza di campionamento, profondità nominale, precisione del sensore e interfaccia dati sono fattori particolarmente importanti nella scelta della strumentazione per un AUV o un aliante subacqueo.
I veicoli telecomandati (ROV) possono utilizzare sonde di velocità del suono integrate per caratterizzare le condizioni acustiche locali durante le operazioni di ispezione, intervento, costruzione e rilevamento. Le misurazioni raccolte in prossimità del veicolo possono supportare i sistemi sonar intorno alle infrastrutture sottomarine. L’integrazione con i ROV può inoltre consentire la trasmissione dei dati relativi alla velocità del suono in superficie tramite il collegamento di comunicazione del veicolo, a fini di monitoraggio, registrazione o elaborazione.
Le imbarcazioni di rilevamento con equipaggio e i veicoli di superficie senza equipaggio (USV) possono supportare sia apparecchiature di profilatura che misuratori di velocità del suono a funzionamento continuo. I sensori montati in superficie misurano le condizioni in corrispondenza della testina del sonar, mentre i profilatori dispiegabili rilevano le variazioni lungo l’intera colonna d’acqua. Sugli USV, il dispiegamento automatizzato e il trasferimento dei dati possono consentire alle misurazioni SVP di diventare parte di un flusso di lavoro idrografico autonomo più ampio.
Gli SVP portatili sono progettati per operazioni sul campo in cui le apparecchiature devono essere trasportate facilmente e dispiegate da piccole imbarcazioni, banchine, siti costieri o navi da rilevamento di maggiori dimensioni. Questi strumenti combinano tipicamente la misurazione della profondità con la velocità del suono diretta o altri sensori ambientali. Una sonda portatile per la velocità del suono può essere utile per ripetuti lanci manuali e per squadre di rilevamento che operano in più località. Lo stato di calibrazione, le condizioni dei sensori e una velocità di discesa controllata sono fattori importanti per ottenere un profilo rappresentativo.
Gli SVP dispiegabili vengono calati o lasciati scendere lungo la colonna d’acqua mentre registrano le misurazioni a profondità successive. I sistemi a caduta libera consentono di accelerare i lanci ripetuti, sebbene i metodi di dispiegamento e recupero varino a seconda del sistema. La profilatura rapida può rivelarsi particolarmente utile durante le operazioni idrografiche in aree in cui la stratificazione, l’apporto di acqua dolce, lo scambio di marea o le condizioni di temperatura mutevoli causano una variazione significativa del profilo di velocità del suono dell’acqua nel tempo.
I sensori fissi di velocità del suono forniscono misurazioni ripetute o continue in una posizione specifica. Possono essere installati su teste sonar, scafi di navi, strutture sottomarine, stazioni di monitoraggio o piattaforme oceanografiche a lunga permanenza. A differenza di un profilatore a profondità completa, un sensore fisso di velocità del suono misura le condizioni in un unico punto; pertanto, questi strumenti vengono spesso utilizzati in combinazione con profili periodici della colonna d’acqua quando la variazione verticale della velocità del suono è significativa.
Il rilevamento idrografico rappresenta una delle principali applicazioni della profilatura della velocità del suono. Gli ecoscandagli multibeam e monobeam determinano la profondità utilizzando il tempo di percorrenza acustico; pertanto, una conoscenza accurata della velocità del suono è essenziale per convertire il tempo di percorrenza in distanza. Per i sistemi multibeam in particolare, le variazioni della velocità del suono attraverso la colonna d’acqua possono rifrangere i fasci acustici e alterare la posizione calcolata dei rilievi del fondale marino. I dati SVP consentono al software di rilevamento di compensare questi effetti legati al percorso dei raggi e contribuiscono a ottenere risultati batimetrici più affidabili.
Sensore di velocità del suono di AML Oceanographic
Un misuratore della velocità del suono in prossimità della superficie può inoltre fornire misurazioni intorno al trasduttore che supportano l’orientamento del fascio e i calcoli acustici iniziali. I profili completi della colonna d’acqua rimangono importanti poiché le sole condizioni superficiali non sono in grado di descrivere le termocline più profonde o altri gradienti verticali. I profili dovrebbero inoltre essere contrassegnati con data e ora, posizionati, sottoposti a controllo di qualità e associati ai dati di rilevamento appropriati.
I profilatori di velocità del suono supportano la mappatura dei fondali marini in ambienti costieri, d’altura, portuali e di acque interne. Dati di profilo accurati possono migliorare le misurazioni sonar utilizzate per mappare la morfologia dei fondali marini, i canali di navigazione, le aree dragate, i cantieri edili e i corridoi delle infrastrutture offshore. I topografi possono acquisire profili a intervalli pianificati o in risposta alle mutevoli condizioni ambientali riscontrate durante le operazioni.
Per i progetti di energia offshore e di costruzioni marine, disporre di informazioni affidabili sulla velocità del suono è particolarmente importante quando è necessario confrontare rilievi ripetuti o quando le misurazioni acustiche vengono integrate con sistemi di posizionamento ad alta precisione. Una profilatura adeguata aiuta a distinguere le caratteristiche reali del fondale marino dagli artefatti causati dalle variazioni nella propagazione acustica.
Gli scienziati oceanografici utilizzano i dati sulla velocità del suono sia per supportare gli strumenti acustici sia per caratterizzare la struttura fisica della colonna d’acqua. Le variazioni di temperatura, salinità e pressione influenzano la velocità del suono nell’acqua (SVP) e possono indicare la presenza di strati distinti, processi di miscelazione, influenza dell’acqua dolce o altre condizioni ambientali. Laddove la velocità del suono viene calcolata anziché misurata direttamente, l’accuratezza e la calibrazione dei sensori sottostanti influenzano il profilo risultante.
Le sonde di velocità del suono possono inoltre supportare operazioni di ispezione e monitoraggio sottomarini che prevedono l’uso di sonar di imaging, posizionamento acustico e strumenti correlati. Per i rilievi infrastrutturali, queste informazioni possono contribuire a mantenere la coerenza tra le osservazioni raccolte a diverse profondità, in diverse località o in momenti diversi.
La velocità del suono non è costante in tutto l’oceano. La temperatura, la salinità e la pressione variano con la profondità e la posizione, producendo gradienti di velocità del suono che possono deviare i percorsi acustici per rifrazione. Un singolo profilo può quindi diventare meno rappresentativo man mano che un’imbarcazione si sposta in una massa d’acqua diversa o quando le condizioni meteorologiche e di marea alterano l’ambiente locale.
La frequenza dei profili dovrebbe riflettere i requisiti di accuratezza del rilevamento e il tasso di variazione ambientale. Termocline marcate, deflusso fluviale, rimescolamento estuariale e riscaldamento stagionale possono rendere necessarie ulteriori misurazioni. Il software SVP può fornire assistenza nella revisione dei profili, nell’identificazione di letture anomale, nella gestione dei set di dati e nell’applicazione dei profili appropriati durante l’elaborazione dei dati acustici. Il controllo di qualità dovrebbe inoltre tenere conto della deriva dei sensori, delle incrostazioni, degli scostamenti di pressione e dei gradienti non realistici.
La tecnologia SVP si concentra sempre più sull’automazione, l’integrazione e le misurazioni ambientali durante operazioni di rilevamento senza equipaggio e ad alta efficienza. Diversi ambiti sono rilevanti per i futuri sistemi di profilatura della velocità del suono:
Questi sviluppi stanno ampliando il ruolo del profiler della velocità del suono, trasformandolo da strumento autonomo a componente integrata dei sistemi idrografici e oceanografici autonomi.
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