||||||||||||||||||||ANASAYFA||||||||||||||||||||
||GMDSS|| ||INMARSAT|| ||CYRO PUSULA|| ||NAVTEX|| ||EPIRB|| ||COSPAS-SARSAT|| ||DSC|| ||ECHO SOUNDER||
||CAS MODUL|| ||GPS|| ||HIPERBOLIK SEYIR|| ||PARAKETELER|| ||RADAR|| ||RDF|| ||SATNAV|| ||TELEKS||
SONAR
(SOUND NAVIGATION AND RANGING)
SESİN SU İÇERİSİNDE ÖZELLİKLERİ
A – SESİN ELEMANLARI:
İnsanın basit bir işitme hissi olan ses fiziksel bir titreşim olayıdır. Bir sesin işitilebilmesi için 3 elemana ihtiyaç vardır.
1 – Kaynak: Kendi titreşimi ile etrafındaki ortamı titreştiren herhangi bir şey kaynak olabilir.
2 – Ortam: Ses dalgalarının yayılabilmesi için gerekli olan ortam, katı, sıvı yada gaz olabilir. Ortamdaki partikül (parçacık) sayısı nekadar çok ise ses okadar iyi yayılır.
3 – Alıcı: Sesleri alan nesnedir. En iyi örnek kulaktır.
B – SES ÇEŞİTLERİ
1) Süpersonik sesler: 20 KHz üzerindeki sesler
2) Sonik sesler: 20 Hz ile 20 KHz arasındaki sesler
3) Subsonik sesler: 20 Hz altındaki sesler
C – SESİN SU İÇERİSİNDEKİ HIZI VE BU HIZA ETKİ EDEN FAKTÖRLER
Deniz suyunun fiziksel özelliklerine sıcaklık, tuzluluk ve basınç etki eder. Esneklik modülü (M), tuzluluğun artmasıyla ve derinlik nedeniylede basıncın artmasıyla artar. Yoğunluk (P) ise sıcaklığın artmasıyla artar.
Sesin sıvılar içindeki hızı şu formülle bulunur;
M
C=
P
C, sesin hızı
M, esneklik modülü
P, yoğunluk
Sesin su içinde yayılmasına 3 ana faktör elde eder.
1 – SICAKLIK:
Sıcaklığın su içerisindeki sesin yayılmasına büyük etkisi vardır. Su içerisindeki sesin hızı suyun sıcaklığı arttıkça artar. Sıcaklık azaldıkça azalır. Yani sesin hızı ile sıcaklık doğru orantılı olarak değişir. Derinliğe inildikçe sıcaklık azalınca, ses hüzmesi doğuya doğru kırılır. Bunlardan anlaşılacağı gibi, ses hüzmesi, bulunduğu sıcaklıktan daha soğuk bölgelere doğru kırılır.
2 – Basınç:
Ses hüzmesinin kırılmasında basıncında etkisi vardır. Derinlik arttıkça basınç artar. Basıncın artmasıyla sesin hızıda artar.
Hava taneciklerini titreştirerek yayılan ses, dağ yamacına ula-tığında yamaç, hava taneciklerinin hareketine engel olur ve hava taneciklerinin basıncına eşit fakat ona zıt bir basınç gösterir. Bu basınç da ses basıncı gibi dalga şeklindedir. Böylece, yamaç bizzat kendisi, kendine ulaşanlara karşı ses dalgaları gönderen bir ses kaynağı olmaktadır. Bu sebeple, yamacın gönderdiği ses dalgaları yansıyan sesi meydana getirir.
Hava yoluyla ses yansıtıcıları, sadece dağ yamaçları değildir. Diğer cisimler de yankıları çok zayıf da olsa, sesi yansıtırlar. Başka bir deyimle, ses dalgaları daima, iki ortam arasında sınır oluşturan herhangi bir düzlük tarafından yansıtılır. Yansıtma kuvveti, eski ve yeni ortamdaki sesin şiddet ve hızındaki farkla tayin edilir. Bu fark hava ile kaya arasında çok büyüktür.
DENİZ SUYU İÇERİSİNDE SES HÜZMESİNİ SINIRLAYAN FAKTÖRLER
1 – Transmisyon Kayıpları: Deniz suyu içerisindeki ses hüzmesi yayılırken aynı kuvvetleri koruyamazlar. Ses şiddeti kaynaktan uzaklaştıkça azalır.
2 – Emilme: Deniz suyunu meydana getiren moleküllerde kuvvetli bir bağ vardır. Buna viskosite denir. Ses dalgaları kendini meydana getiren sıkışma ve gevşemelerle viskositeye karşı koyarlar. Bu anda ses enerjisi ısı enerjisine dönüşürken bir kayba uğrar. İşte bu kayıp emilmedir.
3 – Dağılma: Deniz suları içindeki hava kabarcıkları, deniz organizmaları ve süspansiyon halindeki diğer parçacıklar, ses hüzmesinin enerjinin dağılmasına neden olurlar. Dalgalı deniz yüzeyleri ve sularda deniz dibinden olan yansımalar dağılmaya neden olurlar.
4 – Ses Hüzmesinin Kırılması: Bir ortam içinde ses hızının değişikliğe uğraması, kırılmaya yani sesin yayılma yönünün değişmesine neden olur.
Deniz suyunun her noktasında sıcaklık ve tuzluluk miktarı aynı ısı ses hüzmesi düzgün bir şekilde geri gelecektir. Fakat ses hızı her noktada aynı değildir. Isı arttıkça hız da artacaktır. Bu gibi nedenlerele ses hüzmesi düzgün bir hat takip edemeyecektir. Yüksek sıcaktan, alçak sıcak ortama, çok tuzlu ortamdan az tuzlu ortama ve basıncın çok olduğu ortamdan daha az basınçlı ortama doğru hüzmesindeki bükülmeye “Sesin Kırılması” denir.
3 – Tabiat Şartlarının Etkisi:
1) Deniz suyu içerisindeki gürültülerin etkisi: Deniz suyu içerisindeki gürültüler ses hüzmesinin genliğine etki yapacak ve bir distorsiyon meydana getirecektir. Muntazam bir titreşim dizisi hasıl etmeyen sayıdaki kaynakların meydana getirdiği seslere gürültü denir.
2) Reverberasyon: Dağılmaya uğrayan ses hüzmesi çeşitli cisimlere çarparak alçak şiddette karışık ekolar meydana getirir. Bu ekolara reverberasyon denir. Reverberasyon sonar alıcısının gürültü seviyesinin artmasına neden olur. Artan gürültü seviyesi ise, zayıf hedef yankılarının kayıt esnasında örtülmesine neden olur. Bu durum istenmez.
Reverberasyon genellikle üç çeşittir:
(1) Su kütlesinden oluşan,
(2) Yüzeyde oluşan,
(3) Dipten oluşan,
3) Sıcaklık Gradyenleri:
Sıcaklık, deniz içinde derinlik ile doğru orantılı olarak yayılır. Bu yayılma bir-kaç yüz kadem (bir kalem 30,5 cm) derinliğe kadar çok değişir. Denizlerde sıcaklık bölgeden bölgeye, mevsimden mevsime ve hatta her saat değişen bir özellik gösterir. Sıcaklık gradyenleri üç ana grupta incelenebilir.
(1) İzotermal Gradyen: Derinliğin artmasıyla sıcaklık değişmiyorsa, yada çok az değişiyorsa buna izotermal gradyen denir. Bu durumda basıncın etkisi daha çok görülür. Burada ses hızı derinlikle artar. Ses hüzmesi az bir eyimle yukarı doğru kırılır.
(2) Pozitif Gradyen:Sıcaklık derinlik ile birlikte artıyor ise , buna pozitif gradyen denir. Pozitif gradyende ses hüzmesi su yüzüne doğru kırılır.
(3) Negatif Gradyen:Deniz suyu sıcaklığı derine indikçe azalıyorsa , buna pozitif gradyen denir. Burada ses hüzmesi deniz dibine doğru bir kırılma gösterir.
DENİZCİLİKTE EKO
A – Ekonun Tanımı: Kelime anlamı olarak yankıdır. Yani sesin yansıyarak geri gelmesidir. Denizcilikte ise deniz içinde mesafe yada bir cismin yerini tayin için cihazlarla gönderilen ses dalgalarının cisimlere çarptıktan sonra geri gelmesidir.
B – Eko Çeşitleri:
1 – Dopplerli Eko: Büyük bir balık yada balık sürüsünden gelen ekodur.
2 – Dopplersiz Eko: Herhangi bir cismin yada çevrede geçmekte olan geminin dümen suyundan gelen ekolardır.
C – Ekonun Sınıflandırılması: Keskin yada olyan eko diye iki sınıfa ayrılabilir. Sığı sulardaki cisimlerden keskin, derinlerde olan cisimlerden ise keskin olmayan ekolar alınır.
D – Eko Kuvveti: Su içindeki cisimlerden yansıyan ekonun bir evvelki ve bir sonraki ekolarla karşılaştırılmış genliği eko kuvvetini verir. Eko kuvveti derinlik arttıkça genlikte azalır.
E – Eko Uzunluğu: Ekoların işitilme zamanlarının miktarı o ekonun uzunluğunu tayin eder. Eko uzunluğu üçe ayrılır.
1 – Çok Kısa Eko Uzunluğu
2 – Normal Eko Uzunluğu
3 – Çok Uzun Eko Uzunluğu
F – Eko Kalitesi: Ekolar genellikle katı cisimlere sahip yansıtıcılar tarafından meydana getiriler. Eko kalitesi üzerinde hızın etkisi büyüktür. Hız arttıkça eko kalitesi keskinliğini kaybeder.
G – DOPPLER
1 – Dopplerin Tanımı: Ekoyu veren cisim ile alıcı cihazın bulunduğu gemi arasındaki belli bir hareket sonucu alınan sinyalin frekansındaki değişme, doppler etkisi olarak tanımlanır.
2 – Dopplerin Sınıflandırılması: Su altındaki hedef yön bulucu cihaza düz bir doğrultuda hareket ediyorsa hedef ekoların zahiri frekansı reverberasyona nazaran değişecektir.
A – Yukarı Doppler: Hedef kaynağa doğru hareket ediyorsa zahiri frekans daha büyük olacaktır.
B – Aşağı Doppler: Hedef kaynaktan uzaklaşıyorsa zahiri frekans daha küçük olacaktır.
ULTRASONİK SESİN ELDE EDİLMESİ
A – TRANSDUCER: Radyo alıcı ve vericilerindeki anten görevini transducerler yaparlar. Ses dalgalarının enerjisi mekanik bir enerjidir. Sonar ve eko sounder cihazlarının devreleri ise elektrik enerjisi ile çalışırlar. Bu iki enerjini gerektiğinde sık sık bir şekilden diğer bir şekline dönüştürülmsei gerekir.
1 – Transducerin Tanımı: Elektrik enerjisini ses enerjisine dönüştürüp suya gönderen daha sonra geri gelen ses enerjisini tekrar elektrik enerjisine çeviren cihazlara Transducer denir.
Transducerler geminin bir tarafına üç tarafı su içinde kalacak şekilde monte edilirler. Çalışmalarında manyetik kasılma ve piezzo elektrik olayları etkilerinden yaralanılır.
2 – Transducerin Yapısı: Transducerlerözel metal koruyucular içine monte edilirler. Böylelikle mekanik çarpmalarda korunur. Daha sonra gemiye demir bir boru ile monte edilirler. Transducerin cihazla elektriki bağlantısı boru içinden çekilen bir blandajlı kablo ile sağlanır.
3 – Transducer Çeşitleri: Transducerler çalışmaları bakımından üçe ayrılır.
a) Kristal Transducerler: Bazı kristaller piezzo elektrik etkisine sahiptir. Uçlarına değişen voltaj uygulandığında boyutları değişir; yada kristale mekanik bir kuvvet uygulandığında kristal uçlarında bir potansiyel fark oluşur. Bu etkilerin büyüklüğü kristallerin boyutlarına ve cinsine göre değişir. Transducerde genellikle roşer tuzu (sodyum potasyum tetra) yada ADF (amonyum dhidrojen fosfat) kullanılır. Alçak güçlü transducerlerde roşel tuzu, yüksek güçlü transducerlerde ise ADF kullanılır.
Birkaç yüz kristal blok, elektrik tatbik edildiğinde uzunluğuna titreşim yapacak şekilde kesilirler. Bunlar iki madensel levha arasına dizilirler. Bu kristallerin konduğu çelik muhafazanın bir yüzü sıkıştırılmış lastikten yapılmış olup ses dalgalarını rahatça iletir. Muhafazanın içi hint yağı ile dolduruluştur. Böylelikle hem kristal nemlenip bozulmaktan korunmuş olur. Hemde ses dalgaları daha iyi iletilmiş olur.
Kristaller istenilen çalışma frekansında ¼ dalga boyu olacak şekilde yapılırlar. Vericinin çıkış voltajı transducere geldiğinde gerilimdeki değişmelere uygun olarak kristalin boyları uzayıp kısalarak bir titreşim yapar. Bu titreşimler diyafram yardımı ile ses dalgaları halinde deniz içinde yayılır. Burada transducerden gelen sinyalin frekansı kristalin titreşim frekansına eş olduğunda maximum titreşim elde edilir. Suya gönderilen ses dalgalarının ekoları transducere geldiğinde kristalleri titreşecektir. Kristallerin madensel levha kaplı uçlarında titreşime bağlı olarak bir voltaj oluşacaktır. Bu voltaj ekonun frekansı kristalin titreşim frekansına eşit olduğunda maximum olacaktır. Transducerden alınan sesler elektrik enerjisine çevrildikten sonra alıcı devresinde değerlendirilmiş olacaktır.
B) Manyetik Kasılmaç (magneto strective transducer):
Bir manyetik alan içerisinde kalan bazı metallerinin boyutlarında değişme olur. Bu olaya magneto strective etkisi denir. Boyutlarındaki değişme metalin cinsine ve manyetikalanın kuvvetine bağlı olarak azalma ve artma şeklinde olur. Nikel ve nikel alaşımları magneto strective (manyetik kasılma) dan fazla etkilenen metallerdir. Bu nedenle magneto strective transducerlerde çok kullanılır.
C – Tarama Transducerler: Bunlar silindirik şekilde olup bir çok dilimden oluşmuştur. Bu transducerlerde genel olarak birbirleriyle elektriki olarak bağlanmış 48 adet magneto strective transducer kullanılmıştır. Çalışma alanında bütün dilimler aynı fazda ve aynı genlikte uyartırlar. Bu trnaducer yatay düzlemde her yönde eşit ses dalgası yayar. Dikey düzlemde ise hüzme şeklinde ses dalgası oluşturmaktadır. Bu ses hüzmesinin genişliği transducerin dalga boyu olarak uzunluğuna bağlıdır. Yatay ve dikey radyasyon paternleri şeklinde görülmektedir.
Tarama transducerler 360 dereceyi tamamen tarayarak eko sinyalleri alabilirler. Tarama transducerlerinin her diliminde tel sarımlı 9 küçük eleman vardır. Elemanları nikel – çelik çubuktan oluşmuştur. Sargılardan akım geçince titreşirler. Her dilim 48 kontaklı veya 360 derece dönebilen tarama irtibatlıdır. Tarama anahtarı belli bir hızla dönerken transducer dilimleride sırayla devreye girerler.
Bugün seramik tipte transducer yapılmaktadır. Bu seramik transducerler kristal gibi hareket ederler. Seramik transducer çok hassas olup sıcaklık ve basınç değişimlerine karşı dengelidirler. Aynı zamanda ucuza mal olup istenilen şekil ve boyda yapılabilirler.
4 – Transducerlerin Ultrasonik Cihazlara Sağladığı Faydalar :
Ultrasonik cihazlar verici durumda iken bunların ürettiği sinyaller transducer yardımıyla ses enerjisine çevrilerek deniz içinde yayılırlar. Denizden gelen çeşitli ekolar yine transducer yardımıyla ses enerlisine çevrilerek bu sefer alıcı cihaz beslenir.
Ultrasonik cihazlar çalışmadığı zaman transducer aşağı yukarı hareket edilebilecek donanıma sahiptir. Bu durum kontrol panosundaki bir buton ile sağlanır. Cihaz çalışacağı zaman butona basılır ve transducer geminin altında su dibine doğru indirilir. Cihaz calışmadığı zaman ise tekrar yukarı doğru çekilir.
SONAR
A-) Asdic Cihazı:
Su içerisinde sesin yayılma prensibi ile cisimlerin bulunması için yapılan çalışmalar 1. Dünya Savaşı sonrasında Titanik gemisinin 10 Nisan 1921 de bir buz dağına çarpmasıyla başlamıştı. 1919 yıllarında tanınmış bilginlerden Longwin denizaltı gemilerinin bulunması amacıyla ses dalgalarını meydana getiren bir cihaz bulmuştur. Özel kurulan bir komisyon su içerisinde ses dalgalarını oluşturan cihazı geliştirerek yeni bir cihaz bulmuşlardır. Bu cihaza komisyon adındaki sözlerin baş harfini (asdic) koymuşlardır. Elektroniğin gelişmesiyle asdic cihazında büyük değişimler olmuştur. Asdic bir İngiliz denizaltı arama cihazı olup Türk gemilerdede aynı amaçla kullanılmaktadır.
Norveç deniz balıkçılık dairesi 1946 da ringa balığı avlamak için balık sürülerinin yerlerini tesbit etmek için ilk kez ezdik cihazlarından yararlanmıştır.
b-) Sonarın Tanımı:
Sonar, su altı arama cihazı olup sound navigation and ranging sözcüklerinin baş harflerinden oluşmuştur. Sonar cihazı balık yerlerini tesbit etmek amacıyla 1950 yılında gemilere monte edilmeye başlanmıştır.
c-) Sonarın Çalışma Prensibi:
Sonar deniz içinin pozisyonunu tesbit etmek için suya ses dalgalarını kısa ve sert dalgalar halinde gönderir. Bu ses darbelerinin frekansı 20 KHz üzerindedir. Bu ses dalgalarının hızı saniyede 1500 m’dir. Bu ses dalgaları su içerisinde herhangi bir engelle karşılaşmazsa maximum menzile kadar giderler. Fakat bir engelle karşılaşırsa bunların bir kısmı yansıyarak eko olarak geri dönecektir. Cihaza gelen eko sinyllerinin alıcı devresinde yükseltilerek kayıt edilir. Gönderilen dalgası ile alınan eko sinyali arasındaki geçen zaman su altındaki cismin mesafesini verir. Sonar gemi yatay bir ses dalgası gönderdiği zaman bu ses dalgası er geç deniz dibine çarpacaktır.erken yada geç olması o özel noktadaki deniz dibinin derinliğini verir. Bu arada deniz içinde bir cisim veya balık olabilir. İşte balık sürüsüne çarpan ses dalgaları deniz dibine çarpan ses dalgalarından daha çabuk yansıyarak sonar transducerine ulaşacaktır. Daha sonra da deniz dibinden gelen yankılar cihaza ulaşacaktır. Böyle farklı zamanlarda gelen eko sinyalleri kayıt kağıdına farklı zamanlarda kayıt edilecektir. Daha sonra ilgili çizelgelerde balık sürüsünün ve deniz dibinin derinliği görünecektir.
Sonar cihazı genellikle şu amaçla kullanılır ;
a-) DİNLEMEDE: Bu maksatla çalıştırılan sonar, suya herhangi bir sinyal göndermez. Yani sonarın verici kısmı çalıştırılmaz, sadece transducer yardımıyla su içindeki ses dalgaları alınır, alıcı devresinde yükseltilir ve hoparlörden ses olarak dinlenir. Burada indüktör sistemi sadece ses dalgalarının geldiği yönü gösterir. Cihaz mesafe ölçmesi yapmaz.
b-) DERİNLİK ÖLÇMEDE: Derinlik ölçmek için sonar deniz dibine ses dalgaları gönderir ve geri dönen eko sinyalleri alır. Ses dalgalarının hızı bilindiğine göre, giden sinyal ve gelen eko arasındaki zamanın yarısı derinliğin hesaplanmasında bize yardımcı olur. Böylece sonar sistemi ile derinlik ölçülmüş olur.
c-) CİSİMLERİN MESAFE VE KERTERİSİNİ BULMADA: Ses dalgaları suya yatay olarak kısa, darbeler halinde gönderilir. Bu ses dalgaları su altında kaya parçasına, balık sürüsüne ve bir deniz altına çarpacak olursa geri dönecektir. Eko sinyalleri sonarın alıcı kısmında değerlendirilerek, uzunluk ve kertezik tesbiti yapılır. Böylelikle eko kaynağının yönü ve mesafesi bulunmuş olur.
d-) SU ALTI HABERLEŞMESİNDE: İki ayrı gemi sonar yardımıyla haberleşebilir. Sonar vericisinin ürettiği sinyaller, belli mors kodlarına göre hat ve nokta şeklinde transducere beslsnir. Transducer de bu sinyali hat ve nokta şeklinde ses darbeleri halinde suya gönderir. Karşı gemi tarafından alınan bu sinyalleri operatör değerlendirerek gerekli cevabı aynı şekilde gönderilir. böYlelikle mors kodlarıyla su altı haberleşmesi yapılmış olur.
d-) Sonarın kısımları:
1-) Verici:
Süpersonik frekanstaki elektrik sinyalleri verici kısmı şekilde görünmektedir.
Pals kontağına basıldığında pals kutusu çalışmaya ve pals üretmeye başlar.üretilen bu pals, osilatörün ürettiği sinyallerin pals uzunluğunu ve süresini belirler. Sonar uzun mesafelerde kullanıldığında sinyalin periyodu; IG-20 milisaniyedir. Bir çok sonarda bu pals uzunluğu ayarlanabilir. Osilatör gönderilmek istenilen ses dalgasının frekansına eşit frekansta elektriki sinyaller üretir. Bu sinyallerin periyodu; 10-30KHz arasında ayarlanabilir. Osilatör palsının gücü yaklaşık 5-10 watt arasında ve oldukça zayıftır. Güç yükselteci bu sinyallerin gücünü yükselterek, 500-100 watt arasında kuvvetli bir sinyal haline getirir. Bu sinyaller iletme sistemi olan transdüsere gönderilir.
2 – Alıcı:
Hedeften yansıyarak gelen ses ekoları çok zayıf olarak transducere gelir. Çünkü gönderilen ses dalgaları hedefe gidinceye kadar bir kısmını kaybeder. Hedefe ulaşan ses dalgalarının küçük bir kısmı ise geriye döner. Transducere gelen zayıf eko sinyalleri, yine zayıf eko sinyallerine çevrilir. Aşağıdaki şekilde bir sonar alıcısının blok diyagramı görülmektedir.
||GMDSS|| ||INMARSAT|| ||CYRO PUSULA|| ||NAVTEX|| ||EPIRB|| ||COSPAS-SARSAT|| ||DSC|| ||ECHO SOUNDER||
||CAS MODUL|| ||GPS|| ||HIPERBOLIK SEYIR|| ||PARAKETELER|| ||RADAR|| ||RDF|| ||SATNAV|| ||TELEKS||
||FAXIMILE|| ||TESTER OTO|| ||SONAR|| ||STAREC||
||||||||||||||||||||ANASAYFA||||||||||||||||||||
Hazırlayan
Ertan Korhan KARASU