Os perfiladores de velocidade do som (SVP) medem ou calculam a velocidade do som ao longo da coluna de água, a fim de permitir medições precisas por sonar, hidrográficas e acústicas submarinas. Os sistemas variam desde sensores compactos de velocidade do som para AUVs, ROVs, planadores subaquáticos e USVs até instrumentos portáteis, de queda livre, instalados em embarcações e fixos.
Esta categoria apresenta os principais fornecedores de sensores e perfiladores de velocidade do som, que apoiam a correção de ecossondas, o mapeamento do fundo marinho, o posicionamento acústico, os estudos ambientais e a análise da coluna de água.
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Equipamentos hidrográficos e oceanográficos para embarcações de superfície não tripuladas e autônomas e veículos subaquáticos
Equipamento de levantamento hidrográfico: ecossondas multifeixe, sonares de varredura lateral, sensores de velocidade do som e perfiladores
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Os perfiladores de velocidade do som (SVPs) medem ou calculam a velocidade do som ao longo da coluna de água, fornecendo dados que podem ser utilizados para melhorar a precisão dos sistemas hidrográficos, oceanográficos e acústicos submarinos. Uma vez que a velocidade do som varia em função da temperatura, da salinidade e da pressão, é importante dispor de um perfil preciso da velocidade do som sempre que as medições por sonar dependam da propagação da energia acústica através da água do mar.
Um perfilador de velocidade do som, comummente designado por SVP, pode medir a velocidade do som diretamente ou calculá-la a partir de parâmetros medidos, tais como a temperatura, a condutividade e a pressão, sendo a salinidade derivada da condutividade. A tecnologia moderna dos SVPs abrange desde sensores compactos em plataformas autónomas até sondas portáteis e sistemas de perfilagem instalados em embarcações. A configuração adequada depende da profundidade do levantamento, da precisão necessária, do método de implantação, da taxa de amostragem, dos requisitos de calibração e do equipamento acústico compatível.
Perfilador de Velocidade do Som SVP1500 da Hydro-Tech
Os Veículos Subaquáticos Autónomos (AUV) e os planadores subaquáticos podem transportar sensores SVP compactos para recolher dados de velocidade do som no âmbito de uma missão. A integração direta de um sensor de velocidade do som numa plataforma autónoma pode aumentar a cobertura espacial das medições ambientais e reduzir a dependência de lançamentos a partir de embarcações. O tamanho, o peso, o consumo de energia, a taxa de amostragem, a profundidade nominal, a precisão do sensor e a interface de dados são particularmente importantes na seleção de instrumentação para um AUV ou planador subaquático.
Os veículos operados remotamente (ROVs) podem utilizar sondas de velocidade do som integradas para caracterizar as condições acústicas locais durante operações de inspeção, intervenção, construção e levantamento. As medições recolhidas junto ao veículo podem apoiar os sistemas de sonar em torno de infraestruturas submarinas. A integração num ROV pode também permitir que os dados de velocidade do som sejam transmitidos para a superfície através da ligação de comunicações do veículo, para monitorização, registo ou processamento.
As embarcações de levantamento tripuladas e os Veículos de Superfície Não Tripulados (USV) podem suportar tanto equipamento de perfilagem como medidores de velocidade do som em funcionamento contínuo. Os sensores montados à superfície medem as condições na cabeça do sonar, enquanto os perfiladores implantáveis captam variações ao longo de toda a coluna de água. Nos USV, a implantação automatizada e a transferência de dados podem permitir que as medições do SVP se tornem parte de um fluxo de trabalho hidrográfico autónomo mais abrangente.
Os SVPs portáteis são concebidos para operações no terreno em que o equipamento deve ser facilmente transportado e implantado a partir de pequenas embarcações, docas, locais costeiros ou navios de levantamento de maiores dimensões. Estes instrumentos combinam normalmente a medição da profundidade com a velocidade do som direta ou outros sensores ambientais. Uma sonda de velocidade do som portátil pode ser útil para lançamentos manuais repetidos e para equipas de levantamento que operam em vários locais. O estado de calibração, o estado dos sensores e uma taxa de descida controlada são importantes para a obtenção de um perfil representativo.
Os SVPs implantáveis são baixados ou deixados a descer através da coluna de água enquanto registam medições a profundidades sucessivas. Os sistemas de queda livre podem acelerar lançamentos repetidos, embora os métodos de lançamento e recuperação variem consoante o sistema. A criação rápida de perfis pode revelar-se particularmente valiosa durante operações hidrográficas em áreas onde a estratificação, a entrada de água doce, a troca das marés ou as condições de temperatura variáveis fazem com que a velocidade do som na água varie significativamente ao longo do tempo.
Os sensores fixos de velocidade do som fornecem medições repetidas ou contínuas num local específico. Podem ser instalados em cabeças de sonar, cascos de embarcações, estruturas submarinas, estações de monitorização ou plataformas oceanográficas de longa duração. Ao contrário de um perfilador de profundidade total, um sensor fixo de velocidade do som mede as condições num único ponto, pelo que estes instrumentos são frequentemente utilizados em conjunto com perfis periódicos da coluna de água quando a variação vertical da velocidade do som é significativa.
O levantamento hidrográfico é uma das principais aplicações da medição da velocidade do som. Os ecossondas multifeixe e monofeixe determinam a profundidade com base no tempo de propagação do som, tornando essencial o conhecimento preciso da velocidade do som para converter o tempo de propagação em distância. No caso dos sistemas multifeixe, em particular, as variações na velocidade do som ao longo da coluna de água podem refratar os feixes acústicos e alterar a posição calculada das medições do fundo marinho. Os dados do SVP permitem que o software de levantamento compense estes efeitos no percurso dos feixes e contribuem para resultados batimétricos mais fiáveis.
Sensor de Velocidade do Som da AML Oceanographic
Um medidor de velocidade do som próximo da superfície também pode fornecer medições em torno do transdutor que apoiam a orientação do feixe e os cálculos acústicos iniciais. Os perfis completos da coluna de água continuam a ser importantes, uma vez que as condições da superfície, por si só, não conseguem descrever termoclinas mais profundas ou outros gradientes verticais. Os perfis devem também ser marcados com data e hora, posicionados, submetidos a controlo de qualidade e associados aos dados de levantamento adequados.
Os perfiladores de velocidade do som apoiam o mapeamento do fundo marinho em ambientes costeiros, ao largo da costa, portuários e de águas interiores. Dados de perfil precisos podem melhorar as medições de sonar utilizadas para mapear a morfologia do leito marinho, canais de navegação, áreas dragadas, locais de construção e corredores de infraestruturas offshore. Os topógrafos podem recolher perfis em intervalos planeados ou em resposta a condições ambientais variáveis encontradas durante as operações.
No caso de projetos de energia offshore e de construção marítima, a disponibilidade de informações fiáveis sobre a velocidade do som reveste-se de particular importância quando é necessário comparar levantamentos repetidos ou quando as medições acústicas são integradas com sistemas de posicionamento de alta precisão. A realização de perfis adequados ajuda a distinguir características genuínas do leito marinho de artefactos causados por variações na propagação acústica.
Os cientistas oceânicos utilizam dados de velocidade do som tanto para apoiar instrumentos acústicos como para caracterizar a estrutura física da coluna de água. Alterações na temperatura, salinidade e pressão influenciam o SVP da água e podem indicar camadas distintas, processos de mistura, influência de água doce ou outras condições ambientais. Nos casos em que a velocidade do som é calculada em vez de medida diretamente, a precisão e a calibração dos sensores subjacentes afetam o perfil resultante.
As sondas de velocidade do som também podem apoiar operações de inspeção e monitorização submarinas que envolvam sonares de imagem, posicionamento acústico e instrumentos relacionados. No caso de levantamentos de infraestruturas, esta informação pode ajudar a manter a consistência entre as observações recolhidas a diferentes profundidades, locais ou momentos.
A velocidade do som não é constante em todo o oceano. A temperatura, a salinidade e a pressão variam com a profundidade e a localização, produzindo gradientes de velocidade do som que podem desviar os percursos acústicos por meio da refração. Um único perfil pode, portanto, tornar-se menos representativo à medida que uma embarcação se desloca para uma massa de água diferente ou à medida que as condições das marés e meteorológicas alteram o ambiente local.
A frequência dos perfis deve refletir os requisitos de precisão do levantamento e a taxa de alteração ambiental. Termoclinas acentuadas, descargas fluviais, mistura estuarina e aquecimento sazonal podem tornar necessárias medições adicionais. O software SVP pode auxiliar na análise dos perfis, na identificação de leituras anormais, na gestão de conjuntos de dados e na aplicação dos perfis adequados durante o processamento dos dados acústicos. O controlo de qualidade deve também ter em conta o desvio dos sensores, a incrustação, os desvios de pressão e os gradientes irrealistas.
A tecnologia SVP centra-se cada vez mais na automatização, integração e medições ambientais durante operações de levantamento não tripuladas e de elevada eficiência. Várias áreas são relevantes para os futuros sistemas de perfilagem da velocidade do som:
Estes desenvolvimentos estão a alargar o papel do perfilador de velocidade do som, passando de um instrumento autónomo para um componente integrado de sistemas hidrográficos e oceanográficos autónomos.
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