Utvikling av et system for automatisert posisjonering av hydrofon : Del-oppgave under prosjektet "Kartlegging av lydfelter på grunt vann"

Abstract

Denne oppgaven tar for seg design og implementasjon av et automatisert system for nøyaktig posisjonering av en hydrofon på grunt vann. Dette er viktig når lydfeltet utsendt fra et horisontalt skutt ekkolodd skal kartlegges. Man kan så stille seg spørsmålet hvorfor kartlegging av et slikt lydfelt er av interesse?, det er en god grunn til dette. Det har nemlig vist seg at lyden sendt ut fra et ekkolodd på grunt vann ikke sprer seg rett ut i en fin stråle, slik som man skulle kunne tro at man kunne anta ved første øyekast. Det bør nevnes tidlig at produsentene av ekkolodd antar nettopp en slik fin spredning. Det viser seg at lyden får en avbøyning enten oppover eller nedover i vannet. Denne avbøyningen har opphav i at lyden sprer seg med litt forskjellige hastigheter i de forskjellige vannlagene, som skyldes temperaturgradienter i vannet. Når man da i tilegg legger til at det kan forekomme refleksjoner fra bunn og/eller overflate, blir virvaret komplett. Et slikt tilfellet med avbøyning og refleksjon vil kunne føre til at lyden blir sperret inne i en såkalt lydkanal.

Det ligger sentralt i problematikken at man skal kunne benytte seg av et ekkolodd til å telle fisk på grunt vann, enten i elver eller innsjøer. Det vil da være vitalt at man får et så nøyaktig resultat som mulig. Hvis man derimot ikke har full kontroll på hvordan lyden sprer seg ut fra (inn til) ekkoloddet, vil man ikke ha kontroll på hvilke områder som dekkes av strålen ei heller om styrken av de returnerte ekkoene er riktig i forhold til hva størrelsen på fisken skulle gi. Dermed kan det hende at man sitter med en situasjon hvor man får feil størrelse på fisken samtidig som at posisjonen til fisken er heller usikker. I tillegg kan fisk som oppholder seg i områder man trodde man dekte med strålen ”unnslippe”. Det håpes nå at leseren har fått et kjapt innblikk i hvorfor kartlegging av lydfelter er ytterst viktig.

Nøyaktig posisjonering er første steg i utviklingen av et automatisert måleoppsett for kartlegging av lydfeltet. Design og implementasjon av den automatiserte posisjoneringsdelen er således denne oppgavens innhold. Posisjoneringsoppsettet er basert rundt et posisjoneringsstativ som var delvis utviklet før denne oppgaven ble påbegynt. Utfordringene bestod i å få en nøyaktig posisjonering ved hjelp av en steppermotor styrt av datamaskinen. For å få dette til, ble det brukt et ferdig utviklet steppermotor driverkort, en USB basert I/O løsning og en mikrokontroller. Programmeringen og implementasjonen av dette er detaljer som overlattes til selve oppgaven.