CZĘŚĆ I, czyli jak to się zaczęło?

Ryby są łowione przez człowieka od tysięcy lat.
Każdy wędkarz miał i nadal ma te same problemy - odnajdywanie ryb i skłanianie ich do brania.

Co prawda echosonda nie potrafi sprawić, aby ryby chwytały przynęty, pozwala jednak w większości wypadków rozwiązać problem ich odnajdywania.
To pewne, że nie możesz złowić ryb, jeśli nie wędkujesz w miejscach, gdzie one rzeczywiście są :-).

Echosonda jest urządzeniem, które pomoże Ci odszukiwać właśnie takie miejscówki.

Pod koniec lat pięćdziesiątych Carl Lowrance i jego synowie Arlen oraz Darrell rozpoczęli nurkowanie z akwalungiem, aby obserwować ryby i ich zwyczaje.
Badania te udowodniły, że 90% ryb było skupionych na 10% obszaru śródlądowego jeziora.

Gdy warunki otoczenia zmieniały się, ryby przemieszczały się do korzystniejszych obszarów.

Potwierdzono także wpływ podwodnych struktur (takich jak drzewa, rośliny, skały), temperatury, uciągu wody, nasłonecznienia oraz wiatru na większość gatunków ryb.
Te oraz inne czynniki wpływały również na położenie pokarmu (alg i planktonu), i zarazem tworzyły warunki powodujące częste przemieszczanie się populacji ryb.

W tym czasie na wędkarskich łodziach tylko kilka osób używało dużych, nieporęcznych echosond.

Pracujące z niską częstotliwością sonary wykorzystywały próżniowe lampy elektronowe, wymagające do pracy zasilania z akumulatorów samochodowych.
Pomimo, że mogły pokazywać zadowalający obraz dna oraz duże ławice ryb, nie potrafiły pokazywać pojedynczych ryb.

Carl wraz z synami rozpoczął więc prace nad niewielkich rozmiarów, zasilaną z baterii echosondą, potrafiącą wykrywać pojedyncze ryby.
Po latach badań, rozwoju, borykania się z problemami a także prostej, ciężkiej pracy, została wyprodukowana echosonda, która zmieniła wędkarstwo na świecie na zawsze.

"Małe, zielone pudełko"

W rezultacie, w 1957 roku, wraz ze sprzedażą pierwszej tranzystorowej wędkarskiej echosondy, utworzony został nowy przemysł.
W roku 1959, Lowrance wprowadził "The Little Green Box" ("Małe, zielone pudełko"), które stało się najbardziej popularną echosondą na świecie.
Cała zbudowana na bazie tranzystorów, była pierwszą udaną echosondą wędkarską.

Do roku 1984, kiedy ze względu na wysokie koszty, zakończono jej produkcję, zostało wyprodukowanych ponad milion egzemplarzy.

Przeszliśmy długą drogę od 1957 roku.
Od "małego, zielonego pudełka" do najnowszej technologii w sonarach i urządzeniach GPS, a Lowrance stał się jednym z wiodących w świecie producentów wędkarskich echosond.

Opracowano na podstawie tekstu ze strony internetowej firmy Lowrance www.lowrance.com.

CZĘŚĆ II, czyli jak to działa?

Słowo „sonar” jest skrótem od "SOund, NAvigation, and Ranging" (dźwięk, nawigacja, lokalizacja).
Sonary zostały stworzone do tropienia i lokalizacji łodzi podwodnych podczas II Wojny Światowej.
Sonar składa się z nadajnika, przetwornika, odbiornika i wyświetlacza.
Zasada działania sonaru w uproszczeniu jest następująca: impuls elektryczny pochodzący od nadajnika jest przekształcany w falę dźwiękową i wysyłany do wody.
Kiedy fala ultradźwiękowa dotrze do podwodnego obiektu, odbija się i zawraca.
Echo jest odbierane przez przetwornik, który przekształca je w sygnał elektryczny wzmacniany następnie przez odbiornik i wysyłany do wyświetlacza.
Ponieważ prędkość fal dźwiękowych w wodzie jest stała (i wynosi około 1600 metrów na sekundę), czas, który upłynął pomiędzy wysłaniem i odebraniem sygnału może być zmierzony i przeliczony na odległość między przetwornikiem a obiektem, od którego fala dźwiękowa się odbiła.
Proces ten jest powtarzany wielokrotnie w ciągu każdej sekundy.

Zasada działania:
Najczęściej stosowanymi częstotliwościami w echosondach Lowrance są 192 kHz – 200 kHz.

Produkowane są również urządzenia wykorzystujące częstotliwość 50 kHz.
Częstotliwości wykorzystywane w echosondach, nie są słyszalne ani przez ludzi, ani przez ryby.

(Nie trzeba się więc obawiać, że sonar wystraszy ryby – one go nie słyszą).

Jak wspomniano wcześniej, sonar wysyła i odbiera sygnały, a następnie wyświetla je na ekranie.

Dzieje się to wielokrotnie w ciągu sekundy, dzięki temu na ekranie wyświetla się ciągły obraz prezentując dno, dodatkowo każdy obiekt pomiędzy powierzchnią a dnem jest również wyświetlany.
Znając prędkość rozchodzenia się fal dźwiękowych w wodzie oraz czas powrotu echa, urządzenie może pokazać głębokość wody oraz każdą rybę znajdująca się w wodzie.

Część III – Osiągi

Cztery główne czynniki wpływające na jakość sonaru to:

• Duża moc nadajnika*,
• Wydajny przetwornik,
• Czuły odbiornik,

Wysoki kontrast i rozdzielczość wyświetlacza.

Nazywamy to specyfikacją "Total System Performance".
Wszystkie elementy tego systemu muszą być zaprojektowane do współpracy, niezależnie od warunków pogodowych i ekstremalnych temperatur.
Wysoka moc nadajnika zwiększa prawdopodobieństwo tego, że możliwe będzie wykrycie powracającego echa w głębokich lub niezbyt czystych wodach.
Pozwala również na prawidłowe zaprezentowanie detali, takich jak drobnica, czy różnego rodzaju podwodne obiekty.


Niska moc/ Wysoka moc:
Przetwornik nie może stanowić oporu dla wysokiej mocy pochodzącej od nadajnika, ale musi również konwertować sygnał elektryczny na dźwięk z jak najmniejszymi stratami energii.
Z drugiej strony musi być zdolny do wykrycia najmniejszych ech wracających z głębokiej wody lub pochodzących od małych rybek.
Odbiornik musi również radzić sobie z ekstremalnie szerokim zakresem mocy sygnału.
Musi przytłumić bardzo mocne sygnały, jak również wzmocnić te najsłabsze, powracające z przetwornika.
Musi również odseparować obiekty podobne do siebie w wyrazisty, wyizolowany sygnał dla wyświetlacza.
Wyświetlacz musi posiadać wysoką rozdzielczość (ilość pikseli w pionie) oraz dobry kontrast, aby poprawnie zaprezentować wszystkie szczegóły na czystym i ostrym obrazie.
To pozwala przedstawić drobne szczegóły oraz łuki ryb.

tłum. KS
*Przyp. tłum.
"Duża moc nadajnika ma znaczenie szczególnie przy głębokich łowiskach w morzu.
Woda morska mocniej pochłania fale dźwiękowe. Przy połowach na śródlądziu wystarcza moc 600W.
Należy zaznaczyć, że głębokość, jaką można badać nie jest proporcjonalna do mocy sygnału, dlatego też przy 3000W można badać wodę prawie dwa razy głębszą."
C. Karpiński.

Część IV – Częstotliwość:

Większość sonarów Lowrance-a pracuje na 192-200 kHz, a kilka dodatkowo na 50 kHz.
Oba zakresy częstotliwości mają swoje zalety, ale dla większości zastosowań w wodach śródlądowych i w większości morskich 192 kHz lub 200 kHz jest najlepszym wyborem.
Częstotliwości te dają największą szczegółowość, lepiej pracują w płytkich wodach oraz przy dużych prędkościach, generują mniej szumów i niepożądanych ech.
Definicja obiektów jest również lepsza przy tych częstotliwościach.
Definicja obiektów polega na zdolności wyświetlania na ekranie dwóch ryb, przebywających blisko siebie, jako dwóch osobnych ech, zamiast jednego bohomaza.
Są pewne zastosowania, gdzie częstotliwość 50 kHz jest najlepsza.
Zwykle 50 kilohercowy sonar może penetrować wodę do większych głębokości, niż jednostki z wyższymi częstotliwościami (przy tych samych warunkach i tej samej mocy).
Jest to spowodowane naturalną zdolnością wody do pochłaniania fal dźwiękowych.
Współczynnik pochłaniania jest większy dla wyższych częstotliwości dźwięku, niż dla niższych.
Dlatego też generalnie 50 kilohercowe jednostki są używane do badania głębszych wód morskich.

Stożki fal dźwiękowych 50 kilohercowych przetworników są zwykle szersze, niż przetworników 192 czy 200 kilohercowych.
Ta cecha czyni je pożytecznymi w śledzeniu kilku zestawów z downriggerem*.
Wielu wędkarzy preferuje częstotliwość 50 kHz, nawet jeśli łowią na zestawy z downriggerem na stosunkowo małych głębokościach.

W podsumowaniu, różnice między tymi częstotliwościami są następujące:

192 lub 200 kHz:

Mniejsze głębokości,

Węższy stożek,

Lepsza definicja i separacja obiektów,

Mniejsza wrażliwość na szumy.

50 kHz:

Większe głębokości,

Szerszy stożek,

Gorsza definicja i separacja obiektów,

Większa wrażliwość na szumy.

*Przyp. tłum.
Łowienie z downriggerem to odmiana trollingu, gdzie mniejsze przynęty, dzięki stosowaniu obciążenia w postaci sporej ołowianej kuli, mogą być sprowadzane na większe głębokości.
Zestawy są umieszczane prawie bezpośrednio pod łodzią, co umożliwia ich obserwację na echosondzie.
Wędzisko przy tej metodzie w trakcie holowania przynęty jest stosunkowo mocno naprężone (wraz z żyłką).
W momencie brania żyłka zostaje zwolniona z zacisku obciążenia, co w połączeniu prostowaniem się wędziska powoduje samozacięcie ryby.

Część V – Przetworniki:

1. Przetwornik
Przetwornik pełni dla sonaru funkcję anteny.
Zamienia energię elektryczną pochodzącą z nadajnika na dźwięk o wysokiej częstotliwości.
Fala dźwiękowa z przetwornika przemieszcza się w wodzie i odbija się od każdego obiektu napotkanego w wodzie.
Kiedy powracające echo dotrze do przetwornika, konwertuje on dźwięk z powrotem w energię elektryczną, która wysyłana jest do odbiornika sonaru.
Częstotliwość przetwornika musi pasować do częstotliwości sonaru.
Innymi słowy nie można używać przetworników o częstotliwości 50 kHz lub nawet 200 kHz z sonarami zaprojektowanymi do częstotliwości 192 kHz!
Przetwornik musi wytrzymać impulsy wysokiej mocy pochodzące od nadajnika, konwertując je z jak najmniejszymi stratami w dźwięk.
Jednocześnie przetwornik musi być na tyle czuły, aby odbierać nawet najmniejsze echa pochodzące z wody.
Wszystko to musi zachodzić dla odpowiednich częstotliwości, a echa o innych częstotliwościach powinny zostać odrzucone.
Innymi słowy przetwornik musi być bardzo wydajny.

2. Kryształ:
Element aktywny w przetworniku jest stworzonym przez człowieka kryształem (związek ołowiu z cyrkonem lub baru z tlenkami tytanu).
Aby stworzyć te kryształy, składniki chemiczne są mieszane, a następnie wlewane do form.
Formy te wkładane są następnie do pieca, dzięki któremu składniki chemiczne zamieniają się w utwardzony kryształ.
Kiedy są już schłodzone, nakładana jest warstwa przewodząca po obu stronach kryształu.
Następnie do warstw przewodzących dołączane są przewody, dzięki czemu można podłączyć kryształ do okablowania przetwornika.
Kształt kryształu determinuje zarówno częstotliwość, jak i kąt stożka.
Dla okrągłych kryształów (używanych przez większość sonarów), grubość określa jego częstotliwość, a średnica kąt stożka lub kąt pokrycia (zobacz sekcję „Kąty stożka”).
Na przykład dla 192 kHz, 20-to stopniowy kąt stożka odpowiada średnicy około 1 cala (2,54 cm), podczas gdy 8-mio stopniowy stożek wymaga kryształu posiadającego średnicę około 2 cali.
Im większa średnica kryształu, tym mniejszy kąt stożka.
To jest przyczyną, z powodu której 20-to stopniowy przetwornik jest dużo mniejszy niż odpowiadający mu 8-mio stopniowy - dla tej samej częstotliwości.

3. Obudowa
Przetworniki występują w różnego rodzaju kształtach i rozmiarach.
Większość przetworników wykonanych jest z plastiku, ale niektóre przetworniki montowane w kadłubie łodzi wykonane są z brązu.
Jak pokazano w poprzedniej sekcji, częstotliwość i kąt stożka determinują wielkość kryształu, dlatego też obudowa przetwornika musi odpowiadać temu rozmiarowi.

4. Prędkość i przetwornik.
Mocowanie przetwornika do pawęży łodzi:

Różnego rodzaju zawirowania są główną barierą w osiąganiu dużych prędkości pracy.
Jeśli przepływ wody wokół przetwornika jest gładki, wtedy przetwornik wysyła i odbiera sygnały normalnie.
Natomiast jeśli przepływ wody jest przerywany przez nierówną powierzchnię lub ostre krawędzie, wtedy pojawiają się zawirowania.
Powoduje to powstawanie bąbelków powietrza. Jeśli bąbelki te przemieszczają się bezpośrednio przed „twarzą” przetwornika (część obudowy, która pokrywa kryształ), wtedy na ekranie pojawiają się szumy.
Trzeba wziąć pod uwagę, że przetwornik został skonstruowany do pracy w wodzie, a nie w powietrzu.
Jeśli bąbelki powietrza przemieszczają się przed „twarzą” przetwornika, wtedy sygnał jest natychmiast odbijany przez te bąbelki i powraca do przetwornika.
Kiedy powietrze jest blisko przetwornika refleksy te są bardzo mocne.
Będą one interferowały ze słabszymi sygnałami od dna, różnego rodzaju struktur i ryb, przyczyniając się do trudności lub niemożności ich obserwacji.
Rozwiązaniem tego problemu jest stworzenie obudowy przetwornika, która będzie pozwalała przepływać wodzie swobodnie, bez powstawania zawirowań.
Niestety jest to trudne w realizacji z powodu wielu wymagań związanych z nowoczesnymi przetwornikami.
Przetwornik musi być mały. Musi również być łatwy w instalacji na pawęży, aby wymagało to wywiercenia możliwie najmniejszej ilości otworów.
Musi być zdolny wytrzymać przypadkowe uderzenia, przy dużej prędkości, o obiekty znajdujące się w wodzie.

Problem zawirowań nie jest ograniczony wyłącznie do kształtu obudowy przetwornika.
Często same kadłuby łodzi powodują powstawanie bąbli powietrza, które przemieszczają się przed przetwornikiem zamontowanym na pawęży.
Wiele aluminiowych łodzi powoduje ten problem z powodu setek wystających nitów.
Kiedy łódź się przemieszcza, szczególnie z dużą prędkością, każdy nit tworzy strumień bąbli powietrza.
Aby rozwiązać ten problem należy zamontować przetwornik poniżej strumienia bąbli powodowanego przez kadłub.
Zwykle oznacza to konieczność montażu uchwytu przetwornika możliwie jak najniżej na pawęży.

Część VI - Kąty stożka:

Wysyłany przez przetwornik sygnał skupiany jest w jedną wiązkę.
Wiązka ta pokrywa tym większy obszar, im głębiej dociera.
Gdyby narysować ją na kartce papieru, zobaczymy, że ma ona kształt stożka i stąd właśnie wzięło się określenie "kąt stożka".
Sygnał wiązki jest najmocniejszy wzdłuż linii głównej, tworzonej przez oś symetrii stożka i stopniowo maleje w miarę oddalania się od niej.

Żeby zmierzyć kąt stożka przetwornika, w pierwszej kolejności mierzymy moc wzdłuż osi symetrii stożka, a następnie porównujemy ją z mocą mierzoną w miarę oddalania się od tej osi.
Gdy moc spadnie do połowy (czyli o 3dB), odczytujemy otrzymaną wartość kąta.
Całkowity kąt od punktu -3dB z jednej strony do -3dB z drugiej określa kąt stożka.
Punkt, w którym moc sygnału sygnału spada o 50% (-3dB) jest standardem dla przemysłu elektronicznego i większość producentów właśnie w ten sposób mierzy kąt stożka, aczkolwiek kilku używa punktu w którym moc sygnału spada o 90% (-10 dB).
Otrzymują oni w ten sposób dużo większy stożek, ponieważ mierzony punkt jest dużo bardziej odległy od jego środka symetrii.
Nie ma to natomiast żadnego wpływu na wydajność przetwornika.
Dla przykładu, gdy kąt stożka przetwornika zmierzymy w punkcie -3dB wyniesie on 8 stopni, natomiast przy pomiarze w punkcie -10dB wyniesie on 16 stopni*.

Kąt stożka 20 stopni/ Kąt stożka 8 stopni
Lowrance oferuje przetworniki z rozmaitymi kątami stożka.
Szeroki kąt stożka pokazuje więcej informacji z podwodnego świata.
Obarczone jest to jednak kosztem zmniejszenia głębokości penetracji, ponieważ rozprzestrzeniający się szeroko sygnał szybciej wyczerpuje dostępną moc przetwornika**.
Przetworniki z wąskim kątem stożka nie pokazują aż tyle informacji, ale penetrują głębiej, gdyż moc przetwornika skupiona jest na mniejszym obszarze.
Podwodny obraz otrzymywany na wyświetlaczu echosondy będzie dużo szerszy, gdy wpółpracuje ona z przetwornikiem o szerokim kącie stożka, a węższy, gdy współpracuje z przetwornikiem o wąskim kącie.
Przetworniki pracujące z wysoką częstotliwością (192-200 kHz) oferowane są w wersji z wąskim lub z szerokim kątem stożka.
Wersja z szerokim kątem stożka powinna być używana w wodach słodkich, zaś wersja z wąskim stożkiem może być stosowana we wszystkich wodach, zarówno słodkich jak i słonych.
Przetworniki pracujące z niską częstotliwością posiadają typowo kąt stożka w zakresie 30 do 45 stopni.
Pomimo, iż przetwornik jest najbardziej czuły wewnątrz wyspecyfikowanego stożka, można obserwować echo (obraz) także poza nim.
Echo to cechuje jednak mniejsza moc (obraz posiada mniejszą dokładność i wyrazistość).
Efektywny kąt stożka jest obszarem wewnątrz wyspecyfikowanego stożka, którego obraz można zobaczyć na ekranie.
Jeśli ryba płynąca w toni znajduje się wewnątrz wyspecyfikowanego stożka przetwornika, ale jego czułość nie jest wystarczająca, aby ją zobaczyć, wtedy echosonda posiada wąski efektywny stożek.
Możemy jednak zmieniać efektywny kąt stożka przetwornika poprzez regulację czułością odbiornika.
Przy ustawieniu małej czułości, efektywny kąt stożka jest wąski i pokazuje tylko obiekty znajdujące się bezpośrednio pod przetwornikiem oraz płytkie obszary.
Zwiększenie czułości odbiornika zwiększa jednocześnie efektywny kąt stożka, dzięki czemu można zobaczyć obiekty znajdujące się dalej z obu stron.