1. Mjerenje BrzineBrzina je jedna od najznacajnijih karakteristika broda, a njena vrijednost mora biti

poznata u svakom trenutku, s obzirom da je izvršavanje ugovora o iskorištavanju brodova posredno ili neposredno vezani za vrijeme izvršenja, koje je pak funkcija brzine. Zbog plovidbi u razlicitim okol- nostima (pun ili prazan brod, otvoreno more ili navigacijski opasna podrucja itr) potrebno je poznavati brzine u svakoj od tih okolnosti. Zbog toga postoje i razliciti nacini mjerenja brzine.

Mjerenja brzine mogu biti progresivna, primopredajna i kontrolna.

S aspekta eksploatacije važna su progresivna mjerenja brzine. Brzine mjere s obzirom na razlicite faktore, pa tako se mjere:

brzine u odnosu na broj okretaja propelera, brzine u odnosu na snagu motora i potrošnju goriva, vode i maziva, brzine u odnosu na deplasman, brzine kao elementi manevriranja, kontrola brodskih brzinomjera.

Ispituju se na posebnim poligonima, dalje od plovnih ruta, s dovoljno velikim akvatorijem za manevriranje, zaklonjeni od vjetra, bez utjecaja struja. Poligoni su snabdjeveni potrebnim oznakama. Kod vožnji na poligonu uvijek se istovremeno mjere: vrijeme vožnje, broj okretaja propelera, utrošak goriva, snaga stroja i prevaljeni put po brzinomjeru. U praksi se za svako mjerenje vrše dvije vožnje (slika).

Brzina (b) iskazana je u cvorovima, prevaljeni put (D) u nautickim miljama, a vrijeme (t) u vremenskim minutima.

1

1.1. BrzinomjeriBrzinomjeri su uredaji koji direktno mjere brzinu broda. Dijele se na mehanicke

(rucni ili patentni), elektricni vijcanog tipa (Forbesov, Cernikijev) ili tlacnog tipa, elektromagnetske i ultrazvucne.

Mehanicki brzinomjeri u praksi se više se koriste. Rucni dubinomjer sastojao se od tankog konopa dugackog do 300 m s plovkom na kraju i s oznakama cvora na svakih 14,62 metra (prva oznaka imala je jedan cvor, druga dva cvora, treca tri i td). Brzina se mjerila brojem cvorova koji su istekli kroz ruku u vremenu od trideset sekundi: iz tog razloga jedinica za mjerenje brzine naziva se cvor. Od patentnih mehanickih brzinomjera dugo su bile u upotrebi dvije vrste Walker Cherub i Walker Neptun. Sastojali su se od upletenog konopca, propelera, zamašnjaka i pokazivaca. Brzina se mjerila brojem okretaja propelera koji se teglio u moru na konopu dužine do 100 m.

Slika 98.1 ) k o mo ra tla cn o g su sta v a s p ito to v o m cije v i, 2 ) sta rtn a sk lo p k a 3 ) sp ira ln a p lo ca ,

4 ) p o k a ziv a c b rzin e 5 )e le k tro mo to r za b rzin u

2

1.1.1.Elektricni brzinomjeriElektricni brzinomjeri okretanje propelera ili velicinu tlaka prouzrokovane broda

pretvaraju u analogne elektricne signale koji se prikazuju na skali brzinomjera. Vijcani brzinomjeri mjere brzinu razmjerno broju okretaja vijka koji se nalazi do 50 cm ispod brodskog dna, a može se uvlaciti. Pri tom Forbesov brzinomjer ima vijak u obliku turbine koja se okrece oko vertikalne osi, a Cernikijev u obliku propelera s horizontalnom osi. Tlacni brzinomjeri mjere brzinu na osnovu razlike hidrostatickog pritiska koji djeluje na dno i nije ovisan o brzine i hidrodinamickog pritiska u pitotovoj cijevi koji je funkcija brzine. Najzastupljeniji predstavnik ovog tipa je brzinomjer SAL ciji je princip rada prikazan na slici. Razlika hidrodinamickog i hidrostatskog tlaka prenosi se na pokazivac brzine. Sinhronim motorom prenosi se podatak o brzini na druge uredaje. Razmjerno brzini drugi sustav bilježi prevaljeni put do 9 999,9 milja nakon cega se ponovo postavlja na nulu.

Greške u mjerenjima nisu vece od 4 %, a najcešce su manje od 0,5 cv. Ostale vrste:

1.1.2. Elektromagnetski brzinomjerGlavni su predstavnici ovog tipa Sperry i Plath.

Senzor (osnovni element) je zavojnica koja se nalazi u kucištu uronjenom u more, a na vanjskom dijelu kucišta su elektrode. Magnetsko polje zavojnice mijenja se zbog protoka mora, a na elektrodama se javlja elektromotorna sila proporcionalna brzini. Taj se analogni podatak prenosi na instrumente na kojima se registrira brzina. Tocnost je do 2%. Brzinomjer registrira i prevaljeni put do 1 0000 milja.

1.1.3. Ultrazvucni brzinomjerMjeri brzinu na osnovu doplerova efekta, vrlo je precizan, u stanju je pokazivati i

brzinu u vožnji krmom i bocnu brzinu. Univerzalno je u primjeni.

Dopplerov efekt je pojava promjene frekvencije emitiranog signala zbog kretanja predajnika ili prijemnika.

Odašiljac emitira signal frekvencije f koji se kroz prostor prostire brzinom c i ima valnu dužinu l = c/f. Ako ni odašiljac ni prijemnik nemaju vlastito kretanje, prijemnik ce

3

primiti taj signal s istom valnom dužinom l . Ako signal putuje brzinom c u periodu emitiranja jednog impulsa T = 1/f impuls ce prijeci put koji odgovara valnoj dužini . Ako predajnik istovremeno ima vlastito kretanje v, on ce u periodu T prevaliti put d = vT.

1.2.TransduceriTransduceri su sredstva koja elektricne impulse pretvaraju u mehanicke i obratno.

Koriste se dvije vrste transducera: piezoelektricni i magnetostricijski.

Neki kristali imaju osobinu da se na njihovim površinama pojavi elektricni polaritet ako se mehanicki tlace. Obratan polaritet pojavljuje se ako se mehanicki rastežu. Efekt ima i suprotan oblik: ako se na plocicu kristala narine odredeni elektricnih plocica ce promijeniti dimenzije. U praksi se takva plocica stavlja izmedu dvije metalne obloge i dobije se kondenzator. Ako na plocicu narinemo izmjenicni napon plocica ce titrati istom frekvencijom koju ima i narinuti napon. Kod brzinomjera i dubinomjera kristal je u direktnoj vezi s morem na brodskom dnu. Titraji kristala prenose se preko mora do dna kao ultrazvucni impulsi. Zbog jednake frekvencije titraja kristala i izmjenicnog generatora dolazi do rezonancije tako da titraji poprimaju dosta velike amplitude. Transducer može služiti i kao odašiljac i kao prijemnik, a kao kristal danas se koristi olovni cirkonat (PbZnO3 ) ili olovni titanat (PbTiO3), a za oba kristala upotrebljava se ista oznaka (PZT).

Drugi tip transducera koristi magnetostricijski efekt. Ako se komad feromagnetskog materijala izloži utjecaju magnetskog polja mijenjaju mu se dimenzije, i to u zavisnosti o velicini jezgre i jakosti magnetskog polja. Pri tome se razliciti materijali razlicito ponašaju, na primjer nikal se samo skracuje, dok ostale vrste imaju drugacije izražena svojstva (dijagram).

4

Ako se kao jezgro koristi nikal cija je karakteristika da mu se dimenzije uvijek smanjuju i kod pozitivne i kod negativne poluperiode magnetskog polja, frekvencija titranja bit ce dvostruko veca od frekvencije izmjene polariteta magnetskog polja. I kod magnetostricijskog efekta dolazi do rezonancije, tako da su amplitude titranja relativno velike.

I magnetostricijski efekt, kao i piezoelektricni, ima obratno djelovanje: ako se na jezgro djeluje mehanicki u zavojnicama oko jezgra javlja se izmjenicni elektricni napon kao rezultat magnetske indukcije. Zbog toga se isto magnetostricijsko jezgro može koristiti i kao prijemni i kao odašiljacki transducer. Najjaci odašiljaci imaju snagu do 1000 W, a prijemnici mogu primati signale jeke od samo 5 x 10-8 W.

Transduceri se još zovu i oscilatori, a uglavnom se koriste dvije vrste: transducer koji koriste niklove lamela i transduceri koji koriste niklove prstenove.

Niklove lamele izvedene su tako da se oko njih mogu naviti zavojnice, a nalaze se u kucištu koje je s unutrašnje strane zašticeno gumenom oblogom, a ona strana s koje se emitira je otvorena. Lamelnom izvedbom izbjegavaju se vrtložna strujanja u jezgru.

Kod niklovih prstenova, koji su takoder izvedeni u obliku tankih lamela, zavojnice su kružno namotane, a vibracije su uvijek horizontalne te se usmjeravaju uz pomoc posebnih usmjerivaca. Jezgro s navojnicom zatvoreno je u kucištu u kojem se nalazi slatka voda s dodatkom glykola da se vibracije ne prenose kroz zrak što bi izazvalo velike energije. Za takav transdzcer ne mora postojati otvor na brodskom dnu jer se vibracije prenose i preko oplate.

Za mjerenje brzine korištenjem Dopplerovog efekta koriste se frekvencije koje su znatno više od frekvencija dubinomjera i to iz tri razloga: manje se snaga emitiranog signala, smanjuju se dimenzije transducera, a ultrazvucni snop lakše se usmjerava. Kod kvalitetnih brzinomjera širina ultrazvucnog snopa je oko 3°.

Brzinomjeri koji koriste Dopplerov pomak izuzetno su osjetljivi i mogu registrirati pomake od svega 5 mm u sekundi (brzinu broda od 0,01 cvor). Neki uredaji mogu mjeriti brzine do 100 cv u uzdužnom smislu i 10 cvorova u bocnom smislu. Minimalna dubina je do svega 0,3 metra, a radne frekvencije krecu se od 100 kHz do 600 kHz. Brzine pokazuju analogno i digitalno. Neki tipovi daju više razlicitih brzina: brzinu u kursu, brzinu izvan kursa, brzinu zanošenja, brzinu u kvadrantima (pomake prema sjeveru, jugu, istoki i zapadu), a kod svih tipova registrira se i prevaljeni put.

5

Brzina se mjeri preko dna i to do dubina od 400 metara. Nakon te dubine emitirani impuls reflektira se od gušcih slojeva mora koji se nalaze na oko 400 metara, a tada mjeri brzinu kroz vodu. Uredaj se automatski prebacuje na mjerenja od dna ili od gušcih slojeva mora.

Doppler Sonar Docking Navigation System radi na istom principu, a služi za manevriranje velikih brodova u luckim bazenima prilikom pristajanja, okretanja itd. Posebni uredaji za mjerenje brzine su lucki Dopplerovi brzinomjeri koji služe za mjerenje brzine približavanja broda kod pristajanja uz obalu. Na dubini od tri do pet metara uz pristanišnu obalu postavljeni su transduceri koji mjere brzinu približavanja broda koji manevrira. Rade na frekvenciji od 100 snaga signala je 30 W, a širina snopa 10° do 20°. Signal se odbija od broda omogucavajuci mjerenje brzine s pogreškom manjom od 10 cm, do 200 metara daleko od obale. Sustav je poznat pod nazivom Jetty Mounted Sonar System.

Microwave Sonar System služi u lukama za mjerenje brzina brodova koji uplovljavaju ili isplovljavaju. To je zapravo povezani radarski sustav koji radi na frekvencijama izmedu 8,2 GHz i 12,4 GHz. Parabolicne antene montirane su na obali i usmjerene prema brodovima. Služi kod manevriranja, a domet sustava je do 3 km. VHF frekvencijama podaci o kretanju broda dostavljaju se zapovjedniku ili pilotu, a u nekim lukama (Rotterdam) nosi poseban displey na kojem u potpunosti prati kretanje broda kojeg pilotira, kao i panoramu s kretanjima svih ostalih brodova u luci.

1.3. GNSS prijemnici kao brzinomjeriGNSS (Global Navigation Satellite System) posljednih je desetljeca u potpunosti

prevladao u praksi. Sustav pokriva citav planet, omogucava vrlo precizno pozicioniranja, znatno jednostavnije i preciznije od svih do sada upotrebljavanih globalnih navigacijskih sustava. Za odredivanje pozicije broda ili aviona sustav koristi rad 24 aktivna satelita rasporedena u šest orbitalnih ravnina nagnutih nad ekvator za 55°. Svaki satelit potpuno kruženje oko Zemlje izvrši za 11:58 sati, tako da su orbitalna kruženja sinkronizirana s tropskom rotacijom Zemlje. Sateliti kruže na orbitama oko 20 000 km od površine.

S obzirom na mogucnost preciznog pozicioniranja, te s obzirom da GPS prijemnik koristi vrlo tocan kronometar (zapravo atomski sat s cetiri oscilatora, dva od rubidija i dva od cezija). Za modulaciju koriste se dva binarna koda: C/A kod za civilnu upotrebu i P kod za vojne potrebe. Svi sateliti emitiraju na istima frekvencijama (1575 MHz s C/A kodom i 1227 MHz s P kodom), tako da se sateliti identificiraju faznim pomakom

6

binarnih kodova. Sustav omogucava i mjerenje brzine i prevaljenog puta,ali je u korištenju za tu svrhu sustav manje pouzdan nego za svrhe odredivanja pozicije.

Stariji prijemnici imala su ogranicenja u mjerenjima brzine do 99 cvorova, što za pomorsku navigaciju zapravo i nije predstavljalo ogranicenje. Prijemnici nastali nakon 1997. mjerenje brzine ogranicavaju na 999 cvorova, tako da se njima mogu koristiti i avioni.

Tocnost u mjerenju brzine smanjuje se što je brzina manja, pa je kod sasvim malih brzina GPS uredaj prakticno neupotrebljiv za mjerenja brzina, ali povecanjem brzine pouzdanost postaje bolja. Postoje i posebno prilagodeni skupi prijemnici (koji se uglavnom koriste u geodeziji) koji omogucavaju tocno mjerenje brzine, ali ti uredaji u pomorstvu, osim u ratnim mornaricama, nisu našli veliku primjenu.

Drugacije je, medutim, ako se upotrebljava novija varijanta GPS sustava, takozvani diferencijalni GPS (DGPS). U tom obliku rada sustav je kontroliran i zemaljskom stanicom, tako da je omogucena vrlo visoka preciznost u odredivanju pozicije (cak do 10 metara), a s tim u vezi i tocnost odredivanja brzine. DGPS u dometu signala zemaljske stanice može odredivati brzinu s tocnošcu do 0,1 cvor.

2.Radio goniometarBrodska radiogoniometarska stanica

Prema FRP (Federal Radionavigation Plan) mreža obalnih radiofarova prestala je s radom tijekom 2000. godine. U praksi, obalne stanice prenamijenjene su kao obalne referentne stanice sustava DGPS.

Jedina radiogoniometarski sustav na hrvatskom dijelu Jadranskog mora (Kamenjak, Movar, Molunat) s radom je prestao krajem 2005. što je obznanjeno Oglasom za pomorce od sijecanj 2006.

Radio goniometar je u stvari radio prijemnik superheterodisnkog tipa, a razlikuje se samo po antenskom sklopu. Prvi je elektronski sustav primjenjen u navigacijskoj praksi. Primao je signale od bilo kojeg odašiljaca u frekventnom opsegu 200 kHz do 600 kHz u frekventnim podrucjima dugih i srednjih valova. Tijekom povijesti navigacije imao je izrazito veliku ulogu u poboljšavanju sigurnosti plovidbe.

7

Posebnost radiogoniometarske antene sadržana je u okviru obliku antene. Okruglog je oblika, promjera oko 1 m, a sastoji se od šuplje cijevi u kojoj se se nalazi velik broj izoliranih navoja. Kad elektromagnetski val prode kroz zavojnicu u njoj se inducira napon koji uzrokuje elektricni tok u elementima prijemnika.

Antena se okrece, a okvir i zavojnice mnogo su manji o valne dužine elektromagnetskog vala cija je dužina oko kilometra. Shematski prikaz antene prikazan je na slici (zbog lakšeg razumijevanja antena je prikazana u kvadratnom obliku.

Indukcija u anteni radiogoniometra okomito orjentiranoj na elektromagnetsko polje magnetsko

Ako signal upada okomito napon ce se inducirati samo u vertikalnim elementima antene a ne i horizontalnim jer magnetsko polje sjece vertika elemente. Signal koji je upao na antenu je izmjenican pa inducira izmjenicni napon:

e1 E V sin Wt e2 e1 EV sin

Wt

U jednadžbi Ev predstavlja najvecu vrijednost induciranog napona u vertikalnim elementima antene. Inducirani naponi e1 i e2 identicni su po amplitudi i fazi (jednako su udaljeni od predajnika).

Ako signal ne upada okomito na okvir antene (antena je zarotirala za neki kut i jedna je strana bliže predajniku od druge) inducirani naponi e1 i e2 razlikuju se za neki fazni f (slika).

8

Indukcija u anteni radiogoniometra orjentiranoj na elektromagnetsko polje magnetsko po kutom

Ako se okvirna antena okrene za kut 90° u odnosu na smjer djelovanja magnetskog polja indukcije u vertikalnim elementima nece biti. To je položaj minimuma. Ako se okvirna antena postavi u smjeru rasprostiranja radiovalova (pod kutom od 0°) signal ce biti najjaci. To je položaj maksimuma.

Za potpuni okret antene inducirani napon se mijenja. Za poluokret od 0° do 180° u anteni se inducira napon nekog polariteta dok se za drugi poluokret (od 180°do 360°) polaritet se promijeni. Indukcija se mijenja u obliku osam, prema grafikonu na slici.

Indukcija za puni oktret antene

9

Postoje dva minimuma (za 90° i 270°) i dva maksimuma ( za 0° 180°). Zbog toga se ne može odrediti smjer iz kojeg signal dolazi. Taj se problem može riješiti instalacijom druge (štapne) antene u kojoj se inducira jednak uvijek istog polariteta bez obzira na smjer propagacije signala, a grafikon zajednicke indukcije izgleda kao na slici.

Nastanak kardioide

Inducirani napon štapne antene mora biti jednak induciranom naponu okvirne antene. U pozitivnom dijelu krivulje indukcije okvirne antene (osmice) inducirani naponi objue antene istovjetnog su polariteta pa se pojacavaju. U negativnom dijelu osmice inducirani napon je suprotnog polariteta naponu štapne antene pa indukcija slabi. U pravcu najvece indukcije okvirne antene naponi se sasvim poništavaju u tom smjeru postoji vrlo izražen minimum koji definira smjer prema obalnoj stanici.

Krivulja zajednickog induciranog napona ima srcolik oblik pa se zove kardioida. Ako inducirani naponi nemaju jednake amplitude kardio se ne može formirati i ne može se identificirati minimum. Zbog toga uredaj posjeduje poseban promjenjivi otpornik kojim se inducirani napon štapne antene prilagodava induciranom naponu okvirne antene. Taj se element uredaja zove atenuator.

Goniometar tipa Bellini-Tossi umjesto okvirne rotirajuce antene koristio je dvije prekrižene nepomicne okvirne antene, jednu u ravnini paralelnoj s uzdužnicom

10

broda, a drugu u ravnini paralelnoj poprecnici broda. Inducirani napon u antenama prenosio se na fiksne zavojnice u unutrašnjosti prijemnika koje su bile jednako orjentirane kao i antene. Unutar tih zavojnica nalazila se rotirajuca zavojnica koja je odredivala položaj minimuma.

U kasnijim izvedbama prijemnika radiogoniometra traženje minimuma je automatizirano uporabom servomotora, pa se takav goniometar nazivao automatski goniometar. Izumom katodne cijevi m inimum se birao videozapisom.

Pozicija odredena radio goniometrom bila je opterecena pogreškama:

polukonvergencije meridijana (zamjena loksodromskog i azimuta prema radiofaru,

nocnog efekta koji je nastajao zbog postojanja prostornog vala, zbog cega je sustav bio neupotrebljiv sat prije izlaska do sat poslije zalaska Sunca,

refrakcije ako se impuls rasprostirao iznad površine mora i površine kopna, kvadrantalnom pogreškom koja je postojala kod pramcanih kutova 45°, 135°,

225°, 315° zbog indukcije u djelovima brodske konstrukcije.

Zbog pogrešaka radiogoniometra prije pocetka plovidbe da (za vrijeme probnih vožnji) bila je provodena kalibracija. Sastojala se od cetiri faze od kojih je zadnja bila odredivanje krivulje kalibracije. Krivulja je uvijek imala oblik sinusoide s najvecim pogreškama do ±6°. Uz krivulju kalibracije brodovi su posjedovali i tablice kalibracije koje su sadržavale iste podatke.

Domet radiogoniometara iznosio je do 150 M.

2.1. Obalni radiofaroviObalni radiofarovi bili su predajnici u odnosu na koje odredivao azimut.

Karakteristike radiofarova bile su publicirane u posebnim izdanjima Admirality List of Radio Signals. Identifikacijski blok radiofarova bio je sastavljen od niza slova Morzeove abecede koja su se emitirala u odredeno vrijeme i po odredenom redoslijedu. Pomorske stanice identificirale su se sa dva, a avionske sa tri slova. Navigacijski signal najcešce se sastojao od dugog neprekinutog tona koji je trajao dovoljno dugo da se može pronaci minimum. Obalni radiofarovi redovito su radili u sustavima do pet stanica. Na primjer, na obalama istocnog Jadrana radile su tri radiofara: Kamenjak, Movar i Molunat.

11

Uglavnom su se koristile tri vrste obalnih radiofarova kružni, rotirajuci i usmjereni.

Kružni radiofarovi em itirali su impulse jednako u svim smjerovima horizonta, a brodske su stanice odredivale smjer s obzirom na položaj minimuma. Rotirajuci radiofarovi koristili su se uglavnom oko Japana. Štapna antena emitirala je trenutak kad je rotirajuca okvirna antena bila orjentirana prema sjeveru.

Rotirajuca antena emitirala je jednu tocku nakon rotacije od 6°. Brodovi su smjer odredivali brojenjem broja tocaka do trenutka kad se tocke više nisu mogle cuti, je znacilo da je rotirajuca okvirna antena orjentirana prema brodu. Azimut se mogao odrediti obicnim radioprijemnikom.

Usmjereni radiofarovi oznacavali su prilaze lukama i k ima. Mogli su se primati u odredenim sektorima koji su oznacavali plovna podrucja u kanalima ili pri azima luka.

3. Dubinomjeri

Princip rada:

Na početku jedne faze (perioda) pojedinačnog mjerenja odašiljač dubinomjera šalje elektronski signal pretvaraču koji signal pretvara u izlazni zvučni val te se kao takav odašilje dalje vodom prema dnu. Međutim cjelokupna energija zvuka ne šalje se samo pravocrtno, vertikalno u dubinu, već se ona rasipa i ponekad odbija od same valovite površine vode. Ta tzv. povratna disperzija zvučnog impulsa također ulazi u prijamnički sklop dubinomjera te njen učinak valja eliminirati, što se u praksi korigira parametrima najmanje dozvoljene dubine mjerenja ili intenzitetu energije ulaznog zvučnog signala.

Kada odašiljani zvučni val dostigne dno najveći dio njegove energije reflektira se povratno u smjeru prijamnika dubinomjera gdje se zvučni signal ponovo pretvara u elektronski impuls te se zatim analizira njegovo vremensko zaostajanje iza odaslanog signala (SCHLEMMER 1996). Veličina reflektirane energije proporcionalna je snazi odaslanog zvuka i refleksivnosti, odnosno tvrdoći dna. Pješćano ili muljevito dno značajno disperzira energiju zvučnog vala, umanjuje njegov energetski intenzitet apsorbcijom energije, ali i rasipa smjer refleksije.

Većina suvremenih dubinomjera omogućava podešavanje snage prijamnog vala te je u tom smislu dubinomjer potrebno podesiti za svaki tip dna posebno. Povećanjem izlazne snage uređaja potencijalno je moguće dobivati mjerene dubine manje od stvarnih i obrnuto, smanjenje izlazne snage uređaja će rezultirati većim dubinama.

12

Precizno izmjerenom vremenskom razlikom između trenutka odašiljanja zvučnog signala i prijama njegove jeke, uz poznavanje brzine zvuka u vodi može se jednostavnom formulom jednolikog gibanja odrediti prijeđeni put zvučnog signala tj. iznos dvostruke udaljenosti između odašiljača/prijamnika i reflektirajuće plohe (dna).

Slika 2.2.2. Osnovni princip mjerenja dubina

U račun uzeta brzina zvuka ovisi prvenstveno o prodornosti valne fronte zvuka kroz vodu tj. o frekvenciji odaslanog signala te o što točnije određenoj gustoći vode. Gustoća vode je u praktičkoj primjeni u slatkovodnom dubinomjerstvu prvenstveno funkcija temperature vode, dok je u moru osim temperature dodatni argument korekcije brzine zvuka i njegova slanost. Praktičko mjerenje temperature vode se izvodi uranjanjem termometra na otprilike pola metra ispod mirne površine vode, u pravilu prije početka samog mjerenja.

3.1. Tipovi dubinomjera

Prema osnovnom geometrijskom postavu prijamničko-odašiljačkog sklopa dubinomjera razlikujemo vertikalno i koso postavljene dubinomjere.

Kod koso izvedenih tipova dubinomjera potrebno je što preciznije poznavati kut pod kojim je dubinomjer nagnut s obzirom na vertikalu, odnosno horizontalu vodnog lica kako bi se adekvatno odredio točan položaj ciljne točke dna i izračunala njena podvodna (po vertikali izražena) kota.

Osim podjele dubinomjera prema geometrijskom položaju njihovih senzorskih osi, dubinomjeri se dijele i prema fizikalnom karakteru odaslanog, odnosno prijamnog signala, pa se tako mogu razlikovati monofrekventni (jednovalni), bifrekventni (dvovalni) i polifrekventni (viševalni) dubinomjeri.

13

Uvođenjem dviju ili više odašiljačko-prijamničkih frekvencija moguće je određivanje različitih dubinskih slojeva, što je naročito pogodno za izmjeru mikrogeološki mješovitih podvodnih terena, primjerice pjeskovito-kamenog dna, jer će se val prodornije frekvencije odbijati samo od tvrđih geoloških struktura (kamena), dok će val druge, slabije prodorne, frekvencije registrirati i nakupine pijeska iznad kamenih ploča.

Naročito dobra interpretacija strukture dna dobiva se mjerenjem intenziteta prijamničkog signala, što govori o pouzdanosti refleksije prve, odnosno druge valne frekvencije. U slučaju isključivo čvrstog (kamenog) dna oba će signala davati približno jednake dubine vrlo jakog intenziteta dolaznog (prijamnog) signala. U slučaju debljeg mekšeg tipa dna (pijesak), intenzitet prodornijeg signala će biti dosta oslabljen i u pravilu su dubine prodornije frekvencije vrlo nestabilne zbog disperzije vala u mekom mediju tj. pojavit će se znatna oscilacija izmjerenih dubina. U slučaju relativno tankog pjeskovitog sloja iznad čvrste kamene ploče, intenzitet signala obiju frekvencija će oslabiti, ali će dubine izmjerene i prodornijim i manje prodornim valom biti relativno stabilne, tj. neće se događati znatne oscilacije (skokovi) u kontinuiranim nizovima mjerenja.

Suvremena tehnologija dubinomjera omogućava i upotrebu tzv. Multibeam (višezrakastih) sustava tj. dubinomjera koji odašilju i primaju odaslane valove u više različitih smjerova. Senzori takvih sustava omogućuju položajnu detekciju prijamnog signala na svojim polukružnim odašiljačko-prijamničkim diodnim pločama, te na taj način određuju točan ulazni kut reflektiranog signala. Plovilo u pokretu opremljeno takvim sustavom automatski stvara mjerni trag određene širine. Širina traga ovisi osim o kutnoj amplitudi sustava s obzirom na vertikalu (nulu) sustava i o faktičkoj dubini, kao i o mikroreljefu dna.

Prikaz mjerenja ‘Multibeam’ dubinomjera

14

3.2. Kalibracija dubinomjera

Slijedeća uputstva za kalibraciju dubinomjera publicirana je putem Interneta. Vidjeti (COASTAL 2000)!

Većina jednofrekventnih dubinomjera se kalibrira spuštanjem ploče ispod broda na unaprijed određenu udaljenost ispod odašiljača te kombiniranim namještanjem brzine zvuka (multiplakciona konstanta) i prikraćenja, odnosno produljenja dubine dobivene mjerenjem (adiciona konstanta).

Postupak je slijedeći: prvo se spusti željezna ploča direktno ispod dubinomjera na malu dubinu od 12,7 cm (5 inča). Tada se prvo namješta adiciona konstanta dubinomjera dok se ne dobije pravilno očitanje od 12,7 cm. Potom se željezna ploča spušta na prosječnu dubinu koja se očekuje pri mjerenju (npr. 7,5 m) te se brzina zvuka namješta dok se ne dobije točno očitanje. Postupak se opetuje povratkom na početnu manju dubinu kalibracije te je moguća promjena očitanje zbog promjene u brzini zvuka. Ponovo se namješta adiciona konstanta dubinomjera koji se s takvom vrijednošću spušta na veću dubinu gdje se sukladno vrijednosti mjerene dubine, popravlja brzina zvuka. Iterativno, naizmjeničnim namještanjem adicione konstante plitko ispod odašiljača dubinomjera i multiplikacione konstante dublje, postupak se ponavlja sve dok opažane vrijednosti ne zadovoljavaju za obije dubine pri istim parametrima dubinomjernih konstanti.

Takav dubinomjer se smatra kalibriranim za radni interval od 12.7 do 750 cm uz uvjet da se brzina zvuka kroz vodu ne mijenja značajno s dubinom tj. da je ona u svim dubinskim slojevima podjednaka.

3.3. Nevertikalnost mjerenja dubina

Osim elektroničko-harmonijskih pogrešaka, koje se više-manje kod ispravnog i pravilno kalibriranog dubinomjera svode u okvire točnosti njegova podatka, najznačajniji set pogrešaka mjerenih dubina je strogo geometrijske prirode svedene na jedan jedini problem, a to je nevertikalnost vertikalne osi dubinomjera.

Osim što će izmjerena duljina dubine kod nevertiklne osi dubinomjera biti pogrešna, na ravnom dnu teorijski duža od ispravne, pogrešan će biti i položaj kote izmjerene dubine.

Fiksno postavljeni dubinomjeri u pravilu imaju cjevne libele (obično u dva okomita smjera), dok moderniji ručni dubinomjeri posjeduju doznu libelu nalik onima na daljinamjernim prizmama, tako da se njihovim horizontiranjem može dovesti vertikalna os u tvornički garantiran, vertikalan položaj. Samo horizontiranje fiksno postavljenih dubinomjera, koji su za projekt ISNRPP kudikamo važniji, trebalo bi se obaviti na uronjenom plovilu koje je prosječno opeterećeno jer primjerice pun ili prazan spremnik goriva može sistematski naginjati brod u određenom smjeru. Također se ista operacija valja obavljati tijekom plovidbe zbog potiska na stražnji dio broda, tj. blagi uspon (glisiranje) prednjeg dijela, kojeg stvaraju brodski motori. Time bi se uklonio sistematski dio pogreške postava dubinomjera na mjernu platformu (brod).

15

Međutim iako se samom brodograđevnom izvedbom oblika teži izvesti što tromija i u smislu horizontiranja što stabilnija platfroma broda, utjecaj valova i nepoznavanje strukture opterećenja mjerne platforme predstavlja dodatni problem za vertikalnost dubinomjerne osi. Na žalost ta preostala pogreška je slučajnog karaktera.

Sigurno najoptimalnije rješenje za korekciju navedenog problema bilo bi kada bismo u svakom trenutku izmjere dubine poznavali nagib broda u dva okomita smjera. Tada bi se dubina opažana blago nagnutim dubinomjerom, kao i položaj dubinske kote, mogao točno korigirati pod diferencijalnom pretpostavkom da je dno relativno ravno, odnosno da skokovi podvodnog mikroreljefa nisu prenagli.

Danas su najviše u uporabi tzv. elektronske libele kojima se daju bilježiti maleni otkloni nagnutosti mjerne platforme, primjerice u uzdužnom i poprečnom smjeru kursa plovidbe broda.

Tablica: Teorijska odstupanja izmjerenih dubina na ravnom dnu

DUBINA KUT OTKLONA (u minutama)(m) 1 10 100 10005 0.000 m 0.000 m 0.002 m 0.210 m10 0.000 m 0.000 m 0.004 m 0.420 m15 0.000 m 0.000 m 0.006 m 0.630 m20 0.000 m 0.000 m 0.008 m 0.840 m25 0.000 m 0.000 m 0.011 m 1.050 m

Najveći problem prilikom integracije elektroničkih libela u jedinstven senzorski sklop kakav se primjerice koristi za ISNRPP, prvenstveno predstavlja njihova tromost što bi se reflektiralo latencijom (vremenskim zakašnjenjem) podataka o njihovom stvarnom otklonu u točno određenom vremenskom trenutku.

Tablica : Teorijska odstupanja položaja dubinskih kota

DUBINA KUT OTKLONA (u lučnim minutama)

16

(m) 1 10 100 10005 0.0015 m 0.0145 m 0.1455 m 1.4969 m10 0.0029 m 0.0291 m 0.2910 m 2.9938 m15 0.0044 m 0.0436 m 0.4365 m 4.4907 m20 0.0058 m 0.0582 m 0.5819 m 5.9876 m25 0.0073 m 0.0727 m 0.7274 m 7.4845 m

Kao što se vidi uporedbom teorijskih tablica 2.2.4.1. i 2.2.4.2. nevertikalnost glavne vertikalne osi dubinomjera ima na ravnom dnu kudikamo veći utjecaj na položajnu točnost opažane podvodne kote nego li na točnost određivanja dubine.

Dodatni problem proistječe iz karaktera samih valova na vodenoj površini. Kod vodenih valova dulje valne duljine, koji su srećom na rijekama malenih amplituda za razliku od dugovalnog Juga na moru, njihova tangencijalna ravnina može biti otklonjena i po nekoliko stupnjeva pa i libele trebaju biti prilagođene za opažanje tako velikih kutnih odstupanja. Najveći problem su svakako, umjetno uzrokovani valovi drugih plovila u prolazu ili na moru vrlo frekventni valovi (primjerice od Bure ili jačeg Maestrala) pod čijim je djelovanjem praktički nemoguće odrediti točan otklon mjerne platforme u realnom vremenu ne samo zbog njihovih strmo postavljenih stranica, već pogotovo zbog naglih i neperiodičkih promjena njihova nagiba.

Svakako da iznos amplituda vodenih valova pridonosi najvećoj pogrešci u mjerenju dubine, ali su one srećom na rijekama male pa se najveći dio pogreške nevertikalnosti glavne dubinomjerne osi svodi na pogrešnost položaja mjesta od kojeg je dubina reflektirana, tj. pozicije dubinske kote čime se za relativno glatka i ravna riječna korita, pri relativno laminarnoj plovidbi postavlja pitanje ekonomske opravdanosti uvođenja para elektronskih libela u cijeli senzorski sustav

17

4.Literatura

Web: 1. http://www.pomorac.net/ 2. http://www.pomorci.com/ 3. http://www.marinebio.net/ 4. http://www.wikipedi

18