ekkolodd

Ekkolodd, apparat til måling av dybde i vann eller avstand, basert på måling av tiden mellom et kort utsendt lydsignal og mottagelsen av dets ekko. Lydens hastighet i vann er noe avhengig av temperatur, saltholdighet og statisk trykk. Benyttes en midlere verdi for lydhastigheten, ca. 1490 m/s, blir dybden lik halve den målte tiden (tiden frem og tilbake) multiplisert med denne lydhastigheten.

Undersøkelse av lydutbredelse i vann fant sted allerede i begynnelsen på 1800-tallet. Sveitseren J. D. Colladon målte 1826 lydhastigheten i vann i Genèvesjøen, og 1838 gjorde amerikaneren C. Bonnycastle det første ekkoloddforsøk, som imidlertid gav negativt resultat grunnet mangelfull apparatur.

I 1904 offentliggjorde nordmannen H. Berggraf et interessant forslag til et komplett, skrivende ekkolodd. Apparatet hadde finesser som avstemt mottagersystem for å forbedre signal til støyforholdet, og en alarmklokke som skulle ringe når dybden ble mindre enn en på forhånd innstilt verdi. I 1912 tok den tyske fysikeren Alexander Behm (1880–1952) ut patent på ekkoloddet.

Moderne ekkolodd sender ut en lydpuls med 0,1–10 ms (1 ms = ¹/₁₀₀₀ s) varighet i sjøen. Lydens frekvens velges innenfor frekvensområdet 10 kHz–200 kHz. De høyeste frekvensene og korteste pulslengdene benyttes ved små dyp fordi den høyfrekvente lyden har kortest rekkevidde.

Vanligvis benyttes frekvenser i området 20–50 kHz. Lydpulsen frembringes av en svinger (transducer), som omdanner elektriske svingninger til mekaniske svingninger med samme frekvens. Svingeren kan enten være et antall krystaller eller keramiske elementer og basert på piezoelektrisk effekt (se piezoelektrisitet) eller bygd opp av nikkelblikk og basert på magnetostriktiv effekt (se magnetostriksjon). Svingerne utformes normalt slik at utsendt lyd samles i en smal stråle. En oscillator med etterfølgende effektforsterkertrinn mater svingeren. Utgangseffekten kan være 10–10 000 watt. Utsendt lyd brer seg utover i vannet som kulebølger slik at det arealet lydpulsen dekker, øker med kvadratet av avstanden. Energitettheten (intensiteten) avtar følgelig med kvadratet av avstanden (sfærisk spredning). Intensiteten blir ytterligere redusert av absorpsjonstap som skyldes at en del av lydenergien omdannes til varme idet lyden passerer gjennom vannet. Absorpsjonstapet øker med frekvensen.

Når lyden treffer reflekterende objekt (plankton, fisk, ubåter, havbunn), sendes en del av lyden tilbake til svingeren. På tilbakeveien utsettes lyden igjen for sfærisk spredning og absorpsjon, slik at ekkosignalets lydtrykk kan være redusert til mindre enn en milliondel av det utsendte lydtrykk. Ekkosignalet omdannes i svingeren til et elektrisk signal som, etter en passende forsterkning, blir ført til et fremvisningsorgan. Som fremvisningsorgan kan benyttes papirskriver, som gir sammenhengende opptegning av bunnkonturen, roterende neonlampe som blinker når ekko mottas (ofte benyttet ved lystfartøy), oscilloskop (særlig for å forstørre området nær bunnen), viserindikator eller sifferindikator (dybden fremvises direkte som et tall). Det mest alminnelige fremvisningsorgan er papirskriveren.

Felles for alle ekkoloddtyper er et kontrollorgan som starter tidsmålingen idet lyden sendes ut og måler tiden til de respektive ekko mottas. Ny pulsutsendelse finner sted når en tid tilsvarende det valgte skalaområdet er forløpet.

Ekkolodd benyttes til kartlegging, navigasjon, fiske og geologiske undersøkelser under vann. Den siste anvendelsen utnytter lydens evne til å trenge ned i bunnen og reflekteres fra bunnens forskjellige geologiske sjikt.