Scientific Echosounders

Scientific Echosounders

Namun secara secara elektronik didesain dengan amplitudo pancaran gelombang yang stabil, perhitungan waktu yang lebih akuran dan berbagai menu dan software tambahan.

Contoh scientific echosounders adalah jenis-jenis Simrad EK 400, EK 500, CE 33 yang umumnya bersifat permanen (mounted) di kapal.

Penggunaan frekwensi sonar untuk di wilayah yang dangkal, misalnya untuk observasi plankton dan ikan-ikan kecil umumnya/normalnya menggunakan frekwensi tinggi berkisar 100-400 kHz.

Penggunaan frekwensi sonar untuk yang wilayah laut lebih dalam lebih cocok menngunakan

frekwensi rendah berkisar 20-50 kHz.

● Kegunaan

- Menentukan kedalaman perairan

- Menentukan karakteristik jenis dasar perairan

- Menentukan keberadaan obyek bawah air, misal ikan

- Menentukan kelimpahan ikan

- Menentukan ukuran ikan, untuk seleksi penangkapan

Kegunaan echosounder menjadi lebih banyak karena dikombinasikan GPS dan digital thermometer, sehingga disamping bisa menentukan 5 hal di atas, juga bisa

untuk menentukan temperatur air, posisi sampling,

kecepatan dan arah perjalanan sampling.

Penggunaan Frekwensi Sonar

Banyak pilihan:

1. 38 kHz (38000 cycles per second) 2. 40 kHz 15ᵒ

3. 50 k Hz 46ᵒ 4. 120 kHz

5. 200 kHz 10˚

6. 400 kHz 5˚

Lebar dari sudut pancaran sonar proporsional dengan

frekwensi bunyi yang digunakan, sebagai contoh: 400

kHz sudut pancaran 5˚, 40 kHz sudut pancaran 15˚.

Tabel 1. Kelebihan dan kekurangan antara 2 jenis frekwensi yang dihasilkan oleh tranduser dalam proses sounding

No Karakteristik 50 kHz 200 kHz 1. Lebar lengan pancaran 46º 10º 2. Resolusi rendah tinggi

3. Pengaruh gelembung bisa kurang bisa

udara dan suara kapal diminimalisir diminimalisir

4. Pengaruh gerak naik kurang berpengaruh turun kapal berpengaruh pd tampilan

pd tampilan kontur dasar

kontur dasar

Prinsip Kerja

● Gelombang ultrasonik dipancarkan ke dalam air dengan kecepatan konstan.

● Ketika gelombang bunyi mengenai obyek bawah air, sebagian gelombang bunyi akan dipantulkan balik ke sumber bunyi.

● Dengan cara mengitung perbedaan waktu antara pemancaran gelombang bunyi dan penerimaan gelombang bunyi yang dipantulkan maka kedalaman obyek dapat ditentukan.

Dimana d = kedalaman

c = Kecepatan bunyi dalam air

Δt = selang waktu

2. FORMULASI KECEPATAN BUNYI

Menurut Caruther (1977) persamaan kecepatan bunyi di laut dapat diturunkan dari persamaan gelombang:

: Tekanan

: Kecepatan bunyi

: Tekanan

: Kecepatan bunyi

: Operator lapalace : Waktu

(2.1)

1 0

2 2 2

2 

   



 

 t

P P C

P

C

P

C

t

Dimana

● Bentuk kelengkungan arah pembelokan bunyi, ditentukan dengan gradien kcepatannya

(4.3)

Keterangan:

: Gradien kecepatan bunyi

: Selisih kecepatan bunyi pada kedalaman D ( ) dengan

: selisih kedalaman pada dan

D g C



 

g

 C

C D C ₀

 D ^{C D C 0}

● Untuk gradien kecepatan bunyi konstan maka rambat gelombang berupa busur lingkaran yang pusatnya terletak pada kedalaman dimana kecepatan bunyi nol ( Kisler et al, 1980), maka diperoleh:

g = gradien kecepatan bunyi

R = jari-jari kelengkungan kurva arah rambat gelombang

Θ = sudut depresi

● Gradien kecepatan bunyi akan negatif, jika jari-jari kelengkungan kurva pasitif, sehingga rambat gelombang akan sibelokkan ke bawah.

● Untuk gradien kecepatan bunyi positif, maka jari-jari kelengkungan kurva negatif sehingga rambat gelombang akan dibelokkan ke atas.



gCos

R   C

2. Attenuasi daya karena refleksi di dasar laut

● Apabila terjadi refleksi di dasar laut, maka

atenuasi daya rambat gelombang akustik

dapat dihitung dari koefisien refleksi:

B1,A1 berturut-turut menyatakan amplitudo gelombang yang direfleksikan dan yang datang, Z2/Z1 menyatakan perbandingan impedansi dasar laut dan air laut. Z2 bergantung pada jenis dasar laut, apakah terdiri dari Lumpur, pasir, kerikil atau batu. Kehilangan daya dinyatakan oleh :

    ^Z _Z ^Z _ ^ _i ⁱ _ ^ _t ^t

Z A

R B

sin 1 sin

2

sin 1 sin

2 1

1



 



● Atenuasi dapat dirumuskan :

Bila suara tersebut datang tegak lurus, maka  i=  t=90˚. Kalau Z2/Z1 =2.4

(untuk dasar pasir), maka :

b   20 log 10 R



778 .

7 4118

. 0 . log 20

4118 .

1 0 4 , 2

1 4 , 2

10 





 

  ^dan  ^S

R

2.2 GELOMBANG BUNYI ●

Kecepatan gelombang bunyi di air berkisar 1450-1550 m/s, tergantung dari temperatur, tekanan dan salinitas.

Formulasi:

Semakin pendek panjang gelombang, atau semakin tinggi frekuensi, semakin mudah untuk membedakan sasaran yang berdekatan.

Jika C: 1500 m/s, jika frekwensi yang digunakan 10 kHz maka panjang gelombang 15 cm.

Jika frekwensi 500 kHz, maka panjang gelombangnya 3 mm.



f

C 

P=pcv

P: Tekanan ρ : Densitas air

C: Kecepatan bunyi dalam air

V : Kecepatan partikel kaitannya dengan kecepatan bunyi

Gambar 2.1. Gelombang Bunyi

Lebar band tergantung dari durasi pulsa

Semakin pendek pulsa, maka semakin besar spektrum dari frekwensi yang ditranmisikan oleh sonar.

Contoh: jika durasi pulsa ms, maka lebar band berkisar B= 1 kHz, dan jika ms maka B = 500 Hz.

Tekanan dan Perpindahan

Perubahan tekanan gelombang menyebabkan molekul air mengalami getaran.

Amplitudo pergerakan molekuler disebut pemindahan partikel, dan tingkat perpindahannya disebut kecepatan partikel (Gambar 2.1).

Pada gelombang datar, kecepatan partikel dan tekanan bunyi dalam

satu fase, maksudnya bahwa nilai maksimum berimpit antara waktu

dan ruang.

Pulsa dan Kesaran (Jarak)

Pulsa sonar mentransmisikan sebuah letupan

(gelombang) pendek dari bunyi yang disebut pulsa atau ping, berisikan beberapa putaran frekwensi tertentu dari sonar.

Gambar 2.13 memperlihatkan sebuah pulsa dari 19 putaran (gelombang) yang dibangkitkan oleh sebuah sonar dengan frekwensi pancaran 38 kHz.

Durasi pulsa (waktu dari mulai hingga akhir) adalah:

 = 19/38 = 0,5 ms

Jika kecepatan bunyi 1500 m/s, panjang pulsa dalam

air adalah L = c  = 75 cm.

Gema diterima pada waktu T setelah transmisi.

Jarak R antara target dan transduser diestimasikan dari pengukuran T.

Dua jalan (pancaran dan pantulan) sepanjang 2 R, sehingga:

T = 2R/c R = cT/2

Apabila ada 2 target pada range R1 dan R2.Dalam rangka menyelesaikan target dan mengukur secara individu, perbedaan rentang (R2-R1) harus cukup besar supaya dua gema tidak tumpang tindih.

Gema dari target yang lebih dekat, dimana terdeteksi pertama, pada saat T1 = 2R1/c, dan berlanjut selama getaran, yaitu sampai waktu (T1 +  ).

Gema kedua menghasilkan sinyal yang dimulai pada T2=2R2/c. Untuk menyelesaikan target tersebut , kita harus memiliki T2> (T1 +  ) atau

R2-R1> c  /2

Target Strength

Dunia perikanan paling banyak menggunakan satu tranduser yang mempunyai fungsi ganda yaitu yang bisa mengirimkan pulsa bunyi dan menerima gema dari target.

Dalam kasus di atas hanya gelombang bunyi

yang dihamburkan balik ke tranduser yang punya peran penting.

Target strength adalah ukuran logaritmik dari

proporsi energi yang ditransmisikan dengan

energi yang dihamburkan oleh target.

Untuk memahami target strength perlu memahami beberapa parameter, yaitu:

σ : adalah ukuran unit area dalam m²

Ii : Intensitas gelombang bunyi yang ditransmisikan pada target

Ib : Intensitas pulsa hamburan balik R : Jarak antara tranduser dan target

Intensitas adalah kekuatan yang ditransmisikan per unit area, sehingga σIi adalah kekuatan gelombang bunyi yang ditransmisikan melalui area dengan

ukuran σ.

2.21

Area permukaan dari bola dengan radius R

adalah 4ЛR², dan jika intensitas hamburan adalah sama pada semua arah, kekuatan hamburan total adalah:

4ЛR²Ib

σ adalah lebih digambarkan sebagai total bidang perpotongan, untuk membedakannya dengan

quantitas yang lain, sehingga ia disebut hamburan dari bidang perpotongan (σb).

Oleh karena itu Ib / σb = 4Л , nilai σ didefinisikan dalam persamaan 2.21.

2.2

2

Persamaan 2.21 berlaku hanya untuk kasus transmisi bunyi yang terus-menerus pada

amplitudo yang konstan dan tidak terjadi absorpsi, disamping itu juga diasumsikan bahwa target

terisolasi, tidak ada target lain atau batas refleksi cukup tertutup sehingga tidak ada gangguan.

Target strength dalam desibel diformulasikan:

TS = 10 log(σ/4Л)

Ketika formulasi di atas digunakan, nilai substitusi untuk σ harus dalam bentuk m².

TS dan σ adalah cara alternatif yang sederhana untuk mendiskripsikan sifat fisik yang sama dari target, yang dinamakan kekuatan (strength)

hamburan balik.