PODSTAWY HYDROGRAFII sem I

Lab. 01: Pomiar prędkości dźwięku w wodzie

SPRAWOZDANIE:

1’ SONDA SVPminiValeport:

Opis techniczny sondy:

Sensors The miniSVP is fitted with Valeport’s digital time of flight sound velocity sensor, a PRT temperature sensor, and strain gauge pressure transducer. Sound Velocity Range: 1375 - 1900m/s Resolution: 0.001m/s Accuracy : ±0.02m/s Temperature Range: -5°C to +35°C Resolution: 0.001°C Accuracy: ±0.01°C Pressure Range: 10, 50, 100, 300 or 600 Bar Resolution: 0.001% range Accuracy: ±0.05% range Data Acquisition The miniSVP features a selection of pre-programmed sampling regimes, covering many standard applications. Data may be sampled from 1 to 16Hz, making it suitable for rapid profiling or for continuous measurement at a fixed point Sampling Modes Continuous: Regular output from all sensors at 1, 2, 4, 8, 16Hz. Profile: Logs data as the device falls (or rises) by a defined amount through the water column. Communications The instrument will operate autonomously, with setup and data extraction performed by direct communications with PC before and after deployment. It also operates in real time, with a choice of communication protocols fitted as standard and selected by pin choice on the output connector: RS232: Up to 200m cable, direct to serial port RS485: Up to 1000m cable, addressable half duplex comms Baud Rate: 4800 - 460800 Protocol: 8 data bits, 1 stop bit, No parity, No flow control Bluetooth: Optional Bluetooth adapter available for cable free data recovery (adapter not designed for immersion) Memory The miniSVP is fitted with a solid state non-volatile Flash memory, capable of storing over 10 million lines of data (equivalent to 10,000 profiles to 500m, at 1m profile resolution). Electrical Internal: 1 x C cell, 1.5v alkaline or 3.6v lithium External: 9 - 28vDC Power: <250mW Battery Life: approx 30 hours operation (alkaline) approx 90 hours operation (lithium) Connector: Subconn MCBH10F Physical Materials: Acetal or titanium housing (as ordered), polycarbonate & composite sensor components Depth Rating: 500m (acetal) 6000m (titanium) NB: Maximum deployment depth may be limited by transducer range Instrument Size: Main Housing 48mmØ Sensor Body 54mmØ Length 435mm (including connector) Weight: 0.8kg (acetal) 1.6kg (titanium) Shipping: 51 x 42 x 27cm, 10kg Software System is supplied with DataLog Express Windows based PC software, for instrument setup, data extraction and display. DataLog Express is licence free.

Czujniki MiniSVP wyposażony jest w cyfrowy pomiar czasu Valeport, czujnik prędkości dźwięku lotu, czujnik temperatury PRT, oraz wskaźnik ciśnienia obciążenia przetwornika. Prędkość dźwięku Zakres: 1375 - 1900m / s Rozdzielczość: 0.001m / s Dokładność: ± 0,02 M / s Temperatura Zakres: -5 ° C do +35 ° C Rozdzielczość: 0.001 ° C Dokładność: ± 0,01 ° C Ciśnienie Zasięg: 10, 50, 100, 300 lub 600 bar Rozdzielczość: 0,001% zakresu Dokładność: ± 0,05% zakresu Akwizycja danych MiniSVP oferuje wybór wstępnie zaprogramowanych reżimów próby, obejmującym wiele standardowych zastosowań. Dane mogą być pobrane z próbki od 1 do 16Hz, dzięki czemu nadaje się do szybkiego profilowania lub do ciągłego pomiaru w ustalonym punkcie Tryby próbkowania Ciągły: Regularne wyjścia ze wszystkich czujników na 1, 2, 4, 8, 16Hz. Profil: dane w urządzeniu spadną (lub wzrosną) przez określoną ilość kolumny wody. Komunikacja Urządzenie będzie pracować samodzielnie, z instalacji i ekstrakcja danych wykonywana będzie przez bezpośrednią komunikację z PC przed i po wdrożeniu. Działa w czasie rzeczywistym, z możliwością wyboru protokołów komunikacyjnych w standardowych i wybranych na złącze wyjściowe: RS232: do 200m kabla, bezpośrednio do portu szeregowego RS485: do 1000m kabel, adresowalne comms half duplex Szybkość transmisji: 4800 - 460800 Protokół: 8 bitów danych, 1 bit stopu, bez parzystości, brak kontroli przepływu Bluetooth: Opcjonalny adapter Bluetooth dostępne dla kabla odzyskiwania danych free (adapter nie jest przeznaczony do zanurzenia) Pamięć MiniSVP wyposażona jest w stanie stałym nieulotnej pamięci flash, może przechowywać ponad 10 milionów linii danych (równowartość 10.000 profili do 500m, w odległości 1m rozdzielczości profilu). Elektryczny Wewnętrzne: 1 x komórki C, 1,5 V alkaliczne lub litowe 3.6V Zewnętrzne: 9 - 28Vdc Moc: <250mW Żywotność baterii: ok. 30 godzin pracy (baterie alkaliczne) ok. 90 godzin pracy (litu) Złącze: Subconn MCBH10F Fizyczny Materiał: Brąz lub tytan (zgodnie z zamówieniem), poliwęglan i kompozytowych komponentów czujnik Ocena Głębokość: 500m (acetal) 6000m (tytanu) Uwaga: Maksymalna głębokość instalacji może być ograniczona przez zakres przetwornika Rozmiar instrumentu: Główne Obudowa 48mmØ Sensor ciała 54mmØ 435mm Długość (w tym złącze) Waga: 0,8 kg (acetal) 1.6 kg (tytanu) Wysyłka: 51 x 42 x 27cm, 10 kg Oprogramowanie System jest dostarczany z systemem Windows Datalog Express oprogramowania na komputerze PC, do konfiguracji instrumentu, ekstrakcji danych i wyświetlania. Datalog Express jest bez licencji.

Pomiar:

Miejsce pomiaru: nabrzeże Bulwar Chrobrego

Data: 3/05/2010 13:58:28

Sprzęt pomiarowy: MiniSVP: S/N 29788

Kalibracja: 21/10/2009

Pomiar nr 2

D T C

głębokość wody: temperatura: prędkość dźwięku:

00.003 16.853 1471.329

00.507 16.590 1470.778

01.006 16.247 1469.164

01.506 16.429 1469.032

02.015 16.208 1468.980

02.505 16.020 1468.934

03.004 15.923 1468.864

Wykres 1. Wykres zależności prędkości dźwięku w wodzie od głębokości.

2’ S CTD HMS 1820 Marimatech

Opis techniczny sondy:

OPTIONS HMS 1820-H Hand Terminal The HMS 1820-H Hand Terminal has several purposes. Firstly, the Hand Terminal supplies the HMS 1820-CTD/C with power through the 25metre long umbilical cable. The power comes from standard alkaline batteries, which ensure 60 hours of operation. Secondly, the Hand Terminal displays realtime data as well as the average of the sound velocity in the water column. Finally, the HMS 1820-H Hand Terminal is used for calibration of the Sound Velocity Profiler. CTD MASTER SOFTWARE PROGRAM The CTD Master is standard with the HMS 1820-CTD/W.This software program enables a detailed analysis of the water column to be carried out as well as presenting this analysis in a diagram or a table. The following results are displayed in tables: Depth, temperature, sound velocity, salinity and conductivity. »SMART WINCH« A portable »smart winch« is available for the HMS 1820-CTD/W. The winch is programmable and can automatically lower the HMS 1820-CTD/W to a pre-selected depth. The »auto-up« function stops the HMS 1820-CTD/W at the water surface and lifts it slowly up for easy access. The speed of the winch is programmable. The winch can handle 120 metres of 1.5 mm diameter wire. EXTENDED DEPTH RANGE The HMS 1820-CTD/W is available to carry out profiles down to depths of 500, 750 and 1,000 metres. CONDUCTIVITY/SALINITY Sensor type AS 250. Operating principle 5 electrode method. Electrode made of seawater resistant stainless steel. Temperature compensation is carried out by means of the built-in software. Measuring range 0.1 – 15‰ or 5 – 60‰. Accuracy Typical 0.1‰. Settling time < 100 mSec Calibration Calibration can be carried out by means of a potassium chloride (KCl) solution. Calibrating temperature is 15oC. TEMPERATURE Sensor type MT 2 type L. Operating principle Thermal element compensated by Pt-1000. Measuring range -25oC to +60oC. Accuracy Typical 0.1oC. Settling time Typical 100 mSec. Calibration Calibration must be carried out at 0oC (ice water) plus one other temperature, preferable between 20 and 30oC. DEPTH Sensor type SSC 3000AA. Measuring ranges 0-25 m (by umbilical cable only) 0-250 m (by wire only) 0-1,000 m (optional – by wire only) Accuracy Typical 0.1% of range. SOUND VELOCITY Calculation Sound velocity is calculated using the Medwin equation (other equations are available in the CTD Master). Accuracy In respect to sensors, better than ±1 m/sec. INTERFACE Probe to HMS 1820-H Hnd Terminal via RS-232C. Probe to computer via RS-232C. LOGGING Logging is carried out automatically, by depth intervals (max. 10 loggings per second). Max. profiling speed is approximately 1.5 m/sec. (free fall). POWER REQUIREMENTS The HMS 1820-CTD requires a 6V DC power supply. The HMS 1820-CTD/C obtains its power from the HMS 1820-H Hand Terminal, which requires 4 standard 1.5V alkaline batteries. The HMS 1820-CTD/W obtains its power from the internal, rechargeable batteries. They are recharged through the power adapter at either 220 or 110V AC. Dimensions HMS 1820 HMS 1820 HMS 1820-H Transport CTD/C CTD/W Hand Teminal container Length 644 mm 810 mm 352 mm 875 mm Width 192 mm 505 mm Depth 76 mm 125 mm Diameter 60 mm 40 mm Weight 2.0 kg 2.6 kg 2.8 kg 6.5 kg

OPCJE HMS 1820-H Terminal podręczny HMS 1820-H Terminal podręczny posiada kilka intencji. Po pierwsze, Terminal podręczny dostarcza HMS 1820-CTD / C mocy przez 25 metrowy kabel. Moc dostarczana jest od standardowych baterii alkalicznych, które zapewnia 60 godzin pracy. Po drugie, Terminal ręczny wyświetla dane w czasie rzeczywistym , jak również średnią prędkość dźwięku w kolumnie wody. Wreszcie, HMS 1820-H Terminal podręczny jest używany do kalibracji prędkości dźwięku Profile. CTD MASTER OPROGRAMOWANIA Mistrz CTD jest standardowo z HMS 1820-CTD/W. Program ten umożliwia szczegółową analizę słupa wody do przeprowadzenia, a także zaprezentowanie analizy na wykresie lub tabeli. Następujące Wyniki wyświetlane są w tabelach: Głębokość, temperatura, prędkość dźwięku, zasolenia i przewodnictwo. »SMART WYCIĄGARKA« Przenośny »inteligentna wyciągarka" jest dostępna dla HMS 1820 CTD / W. Wyciągarka jest zaprogramowana i może automatycznie obniżać HMS 1820 CTD / W do głębokości wstępnie wybranej. »Auto-up« funkcja zatrzymuje HMS 1820-CTD / W na powierzchni wody i powoli wyciąga dla łatwego dostępu. Prędkość wciągarki jest programowalna. Wciągarka może obsługiwać 120 metrów średnicy 1,5 mm drutu. Zasięg transmisji GŁĘBOKOŚĆ HMS 1820 CTD / W dostępny jest do wykonania profili aż do głębokości 500, 750 i 1000 metrów. PRZEWODNOŚCI / zasolenie Typ czujnika AS 250. Zasada działania 5 metod elektrod. Elektroda wykonana jest z odpornej na wodę morską nierdzewnej stali. Kompensacja temperatury odbywa się za pomocą oprogramowania wbudowanego. Zakres pomiarowy 0,1 - 15 ‰ lub 5 - 60 ‰. Dokładność Typowe 0,1 ‰. Czas ustalania <100 ms Kalibracja Kalibracja może być przeprowadzona za pomocą chlorku potasu (KCl). Kalibracja temperatury 15oC. TEMPERATURY Typ czujnika MT 2 typu L. Zasada działania Element termiczny kompensowane przez Pt-1000. Zakres pomiarowy -25oC do +60 oC. Dokładność Typowe 0.1oC. Czas ustalania Zwykle 100 ms. Kalibracja Kalibracja musi być przeprowadzona w 0 ° C (lód) oraz w dodatkowo w jeszcze jednej innej temperatury, najlepiej między 20 a 30oC. GŁĘBOKOŚĆ Typ czujnika SSC 3000AA. Zakres pomiarowy 0-25 m (przez kabel pępowinowej tylko) 0-250 m (przez przewodowy) 0-1,000 m (opcjonalnie - przez przewodowy) Dokładność Typowe 0,1% zakresu. Prędkość dźwięku Obliczenie Prędkości dźwięku jest obliczany przy użyciu Medwina równania (inne równania są dostępne w CTD Master). Dokładność W odniesieniu do czujników, lepsza niż ± 1 m / sek. INTERFEJS Sonda do HMS 1820-H HND Terminal RS-232C. Sonda do komputera przez port RS-232C. LOGOWANIE Logowanie odbywa się automatycznie, przez głębokość odstępach czasu (maks. 10 rejestrowań na sekundę). Max. prędkość profilowania wynosi około 1,5 m / sek. (Spadek swobodny). MOC WYMAGANIA HMS 1820 CTD wymaga 6V DC zasilania. HMS 1820 CTD / C uzyskuje moc z HMS 1820-H Terminal Hand, który wymaga 4 standardowych 1,5 V baterii alkalicznych. HMS 1820 CTD / W uzyskuje moc z wewnętrznego, akumulatora. Są one ładowane przez moc adaptera na 220 lub 110V AC. Wymiary HMS 1820 HMS 1820 HMS 1820-H Transport CTD / C CTD / W ręczny Teminal pojemnika Długość 644 mm 810 mm 352 mm 875 mm Szerokość 192 mm 505 mm Głębokość 76 mm 125 mm Średnica 60 mm 40 mm Waga 2.0 kg 2.6 kg 2.8 kg 6.5 kg

Formuła Medwin’a

C=1449,2+4,6T-0,055*T²+0,00029*T³ +(1,34-0,0105*T)*(S-35)+0,016*D [m/s]

Formuła Coppens’a

C=1449,05+T* [4,57- T*(0,0521-0,00023*T)]+[1,333-T*(0,0126-0,00009*T)]*(S-35)+∆(Z) [m/s]

Pomiar:

Obszar pomiaru:

Szerokość geograficzna: 55° 55' N

Długość geograficzna: 20° 40' E

S	D	T	Z	Z	Medwin	Coppens
17.50	0.99	11.56	0,99753	15,48158	1474,062985	1489,764783
17.29	1.48	11.52	0,99753	15,48158	1473,668759	1489,367084
17.30	1.98	11.53	0,99753	15,48158	1473,725255	1489,415553
17.31	2.48	11.51	0,99753	15,48158	1473,672999	1489,354602
17.31	2.97	11.54	0,99753	15,48158	1473,78958	1489,46401
17.32	3.47	11.51	0,99753	15,48158	1473,701088	1489,366601
17.31	3.96	11.56	0,99753	15,48158	1473,877869	1489,536903
17.32	4.46	11.54	0,99753	15,48158	1473,825666	1489,476006
17.32	4.96	11.54	0,99753	15,48158	1473,833666	1489,476006
17.32	5.58	11.54	0,99753	15,48158	1473,843586	1489,476006
17.24	6.07	11.51	0,99753	15,48158	1473,644696	1489,270609
17.22	6.57	11.56	0,99753	15,48158	1473,809433	1489,42896
17.15	7.06	11.53	0,99753	15,48158	1473,62283	1489,2356
17.10	7.56	11.55	0,99753	15,48158	1473,642104	1489,248571
17.05	8.06	11.55	0,99753	15,48158	1473,588879	1489,188597
16.96	8.55	11.59	0,99753	15,48158	1473,631481	1489,226505
16.48	9.05	11.26	0,99753	15,48158	1471,850046	1487,441556
14.52	9.54	9.84	0,99753	15,48158	1464,139566	1479,735787
12.41	10.16	8.59	0,99753	15,48158	1456,671909	1472,271823
10.49	10.66	7.22	0,99753	15,48158	1448,750866	1464,34056
10.34	11.16	7.16	0,99753	15,48158	1448,322656	1463,905436
10.25	11.65	7.13	0,99753	15,48158	1448,093161	1463,668948
10.22	12.15	7.15	0,99753	15,48158	1448,145235	1463,714347
10.17	12.65	7.13	0,99753	15,48158	1448,007665	1463,569129
10.16	13.14	7.18	0,99753	15,48158	1448,208112	1463,76369
10.12	13.64	7.20	0,99753	15,48158	1448,247442	1463,796558
10.05	14.13	7.18	0,99753	15,48158	1448,08445	1463,626501
10.04	14.75	7.20	0,99753	15,48158	1448,163762	1463,696803
9.94	15.25	7.25	0,99753	15,48158	1448,250025	1463,778925
9.91	15.75	7.34	0,99753	15,48158	1448,588528	1464,113213
9.74	16.24	7.38	0,99753	15,48158	1448,544651	1464,066512
9.57	16.74	7.49	0,99753	15,48158	1448,786697	1464,308055
9.39	17.23	7.52	0,99753	15,48158	1448,689205	1464,207641
9.33	17.73	7.53	0,99753	15,48158	1448,662099	1464,174177
9.21	18.23	7.58	0,99753	15,48158	1448,722161	1464,230592
9.16	18.72	7.55	0,99753	15,48158	1448,544509	1464,045111
9.12	19.34	7.65	0,99753	15,48158	1448,911155	1464,406253
8.99	19.84	7.64	0,99753	15,48158	1448,7142	1464,203752
8.86	20.33	7.65	0,99753	15,48158	1448,598485	1464,083365
8.80	20.83	7.66	0,99753	15,48158	1448,571384	1464,04992
8.70	21.82	7.66	0,99753	15,48158	1448,453044	1463,925743
8.66	22.32	7.69	0,99753	15,48158	1448,435616	1463,900908
8.59	22.81	7.69	0,99753	15,48158	1448,54046	1463,999265
8.55	23.43	7.70	0,99753	15,48158	1448,459883	1463,912365
8.47	23.93	7.71	0,99753	15,48158	1448,459975	1463,903765
8.38	24.43	7.72	0,99753	15,48158	1448,407629	1463,845515
8.23	24.92	7.62	0,99753	15,48158	1448,342661	1463,774863
8.19	25.42	7.67	0,99753	15,48158	1447,753563	1463,177527
8.19	25.92	7.72	0,99753	15,48158	1447,914911	1463,33357
8.15	26.41	7.68	0,99753	15,48158	1448,126569	1463,539056
8.13	26.91	7.68	0,99753	15,48158	1447,920974	1463,325025
8.12	27.40	7.69	0,99753	15,48158	1447,90371	1463,300194
8.10	28.02	7.70	0,99753	15,48158	1447,939666	1463,328894
8.05	28.52	7.69	0,99753	15,48158	1447,965065	1463,345172
8.05	29.02	7.74	0,99753	15,48158	1447,869169	1463,241994
8.04	29.51	7.71	0,99753	15,48158	1448,080801	1463,447459
8.04	30.01	7.73	0,99753	15,48158	1447,953862	1463,311798
8.03	30.50	7.72	0,99753	15,48158	1448,043307	1463,393976
8.02	31.00	7.73	0,99753	15,48158	1447,997801	1463,340481
8.01	31.50	7.72	0,99753	15,48158	1448,033893	1463,369157
8.01	31.99	7.75	0,99753	15,48158	1447,988545	1463,315659

3’

Wnioski:

Powyższy wykres obrazuje prędkość rozchodzenia się dźwięku w wodzie (dźwięk w wodzie nie rozchodzi się prostoliniow) , jest on zależny nie tylko od głębokości ale również od zasolenia oraz temperatury.

Z wykresu wynika, że im większa głębokość pomiaru tym prędkość dźwięku maleje (na pewnej głębokości dość znacznie).

Zmiana temperatury (1^oC), jej wzrost powoduje zwiększenie prędkości rozchodzenia się dźwięku w wodzie (4 m/s) .

Wzrost zasolenie (1^o\_oo) powoduje również wzrost prędkości rozchodzenia się dźwięku w wodzie (1,3m/s).

Obliczając prędkość rozchodzenia się dźwięku w wodzie wykorzystano 2 formuły:

Formuła Medwin’a

C=1449,2+4,6T-0,055*T²+0,00029*T³ +(1,34-0,0105*T)*(S-35)+0,016*D [m/s]

Formuła Coppens’a

C=1449,05+T* [4,57- T*(0,0521-0,00023*T)]+[1,333-T*(0,0126-0,00009*T)]*(S-35)+∆(Z) [m/s].

W jednym i drugim przypadku otrzymaliśmy podobne wyniki rozchodzenia się prędkości dźwięku w wodzie mieszczące się w granicach 1445 m/s.