Inleiding.
De brug heeft vele navigatie-instrumenten en één ervan is het echolood.
Een apparaat waarmee op elektronische wijze de waterdiepte onder het schip aangegeven wordt.
Zo genoemd omdat onze (voor)ouders het nog deden met een stuk touw waar een stuk lood aan zat.
Op zeeschepen is he zelfs nog verplicht om er eentje aan boorde te hebben.
Maar meestal ligt die ergens in een mooie houten kist achterin de kaartentafel.
Ze zijn doorgaans gemerkt in vadems.
Een vadem ("fathom") is zes voet ("foot, feet") welke 30,048 cm is.
Daarmee wordt een vadem afgerond 1,83m. Zeg maar de gemiddelde lengte van een volwassen man.
Gekleurde lintjes geven aan wanneer er weer een vadem langs is gegaan.
Op Nederlandse zeeschepen wordt de vademhandlood ook wel aangetroffen, maar wordt ook gebruik gemaakt van meterhandloden.
Die zijn dan om de meter gemerkt met rood-wit-blauw-oranje tape of linten.
Een handlood is wel het enige hulpmiddel dat je nog hebt als het schip geboeid ligt.
Hetzij na aan de grond lopen, hetzij bij droogvallen in (veelal Engelse) havens.
Er is dan vrijwel geen andere manier om uit te vinden waar het schip de grond raakt en waar niet.
Elektronische dieptemeter.
Het bepalen van de diepte noemt met nog steeds "loden".
En de elektronische variant van het handlood heet daarom ook een echolood.
In het Engels heet het apparaat een echosounder.
Een diepte nemen is in het Engels: to sound, sounding.
Een term die je aan boord regelmatig zult horen.
De werking berust op het weerkaatsen van een geluid.
Het systeem stuurt een piep weg, weet hoe snel die piep zich voortplant in water, en meet hoeveel tijd er zit tussen het moment van uitzenden en de echo ontvangen.
Dit is een maat voor de diepte.
Let wel: de diepte onder het schip.
Dus voor de werkelijk waterdiepte moet de diepgang van het schip er nog bij opgeteld worden.
Maar meesttijds interesseert ons de waterdiepte niet echt.
Wij willen weten of we niet aan de grond lopen en letten daarom op de afstand tussen kiel en bodem: de Under Keel Clearence, UKC.
Werking echolood
Het principe van een echolood is dus vrij simpel.
Maar in het kastje gebeurt een hoop.
Er zijn heel wat onderdelen nodig.
De onderdelen:
Oscillator (Trillingopwekker. )
Pulsvormer
Zender
Ontvanger
Versterker
Uitlezingdisplay
Deze gaan we stuk voor stuk doornemen.
Oscillator
De oscillator is een onderdeel dat de trilling opwekt waarmee gewerkt gaat worden.
Als we het woord oscilleren opzoeken staat er: het heen-en-weer bewegen of trillen van een object tussen twee uiterste punten.
Hij gebruikt de wisselstroom van de netspanning dus om een trilling op te wekken: de startpuls.
Deze startpuls wordt doorgestuurd naar de pulsvormer.
Pulsvormer
De pulsvormer maakt van de trilling die hij van de oscillator gekregen heeft een puls van een bepaalde lengte.
Hij zorgt ervoor dat de trilling "uitgerekt" wordt en en een bepaalde tijd duurt.
De trilling is nu een blokje geworden.
Deze gaat weer door naar de zender.
De Zender
De zender maakt van de blokpuls die hij van de pulsvormer gekregen heeft weer een trilling, maar wel met de de lengte van de puls die de pulsvormer eraan gegeven heeft.
En hij maakt er weer een wisselspanning van.
Deze wisselpuls wordt naar de transducer gestuurd.
De trancducer
De ontvangerblokkeer
De transducer zendt met een behoorlijk wattage uit.
Zou dit signaal direct weer terugkomen in de transducer dan blaas je het apparaat op.
dus tijdens het uitzenden van de puls moet de ontvanger even de deur dicht doen.
Dat doet de ontvangerblokkeerunit.
Zodra de puls uitgezonden is gaat hij weer open om te luisteren of er al een teruggekaatste puls binnenkomt.
En zo wisselen de zender en de ontvanger elkaar steeds af.
Wanneer de één aan is, is de ander even uit en andersom.
Het binnegekomen signaal gaat naar de versterker.
Versterker
Je ziet in het blokschema een lijn lopen van de versterker naar de uitlezer, maar ook van de versterker naar de pulsvormer.
Dat is omdat de sterkte van de puls die de zender uitzendt afhankelijk is van de diepte van het water.
Daarom zijn echoloodapparaten ook voorzien van knoppen met de schaalverdeling.
Vaak,
0-10m
10-40m
40-100m
100-200m
200-500m
Daarna houdt het voor de meeste echoloden op.
Wat deze indeling ook doet is de tussenpozen tussen twee pulsen aanpassen.
Een puls doet er immers veel korter over om van 0 naar 10m te gaan dan van 0 naar 200m.
En de ontvanger moet wel open staan als de puls terug komt.
De knop met de schaalverdeling stelt die duur in.
Ook kan het zijn dat de versterker een knop "GAIN" heeft.
Dan kun je zelf instellen hoe de puls versterkt moet worden.
Hier gaan we later op in bij het hoofdstukje bediening.
Maar ook de uitlezer, zeker een grafische, heeft een bepaalde mate van stroomsterkte nodig om zijn werk te kunnen doen.
Daarom wordt het binnengekomen signaal ook versterkt, zodat de stylus, het schrijpennetje, of het display genoeg stroom heeft om een uitlezing te kunnen maken.
Uitleesunit
Uiteindelijk gaat het er ons om dat we de data uit kunnen lezen zodat we weten hoe diep het is.
Dat kan elektronisch en grafisch.
En dat kan dan weer onderverdeeld worden in elektronisch digitaal, elektronisch mechanisch en elektronisch grafisch.
Digitaal.
De gemeten diepte wordt aangegeven in digitale cijfers.
Voordeel:
Heel eenvoudig af te lezen.
Nadeel:
Geen verloop zichtbaar
Niet te zien hoe ver de versterking ingesteld staat.
Fouten moeilijk herkenbaar (meestal alleen door knipperende 000.0)
Elektronisch mechanisch display
De data wordt omgezet in een signaal waarmee een schrijvertje op het juiste moment een streepje zet op het papier.
Rechts is wat geweest is en links op het papier is recent.
De rol papier is van het type dat ook uit kassa's komt.
Van dat warmtegevoelige papier
Links zit de volle rol en rechts trekt een motortje de rol over een aluminium plaat.
Ondertussen draait het schrijvertje, stylus, met een band over het papier.
Dit schrijvertje komt onder stroom te staan op het moment dat de diepte weergegeven moet worden.
Dat veroorzaakt heel even kortsluiting met de aluminium plaat achter het warmtegevoelige papier, waardoor er een vonkje van de stylus afvliegt en een zwart plekje veroorzaakt op het papier.
Hoe sterker het binnengekomen signaal, hoe sterker het vonkje en hoe zwarter het vlekje.
Hoewel dit systeem zo langzamerhand ingehaald is door de tijd kun je het op oudere schepen nog zeker tegenkomen.
+ Verloop van de bodem zichtbaar.
+ Apart schermpje met digitale uitlezing mogelijk (Nauwkeurigheid)
+ Resultaat is later terug te zien (bijv bij onderzoek na aan de grond lopen of zo.)
- Papier en schrijvertje kunnen opraken. (Ook de voorraad)
- Bij overschakelen op groter/kleiner bereik kan verwarring over de diepte ontstaan.
Digitaal (monitor) scherm.
+ Extra info mogelijk (temp, saliniteit)
+ Duidelijk beeld
+ Aan te sluiten op externe apparatuur als ECDIS, VDR en NAVtable.
+ Ook af te lezen op computermonitor.
+ Mogelijkheid terug te kijken.
- Eigenlijk geen.
Analoge uitlezing
OOk zijn er nog analoge uitlezingen.
Gewoon een wijzer die de op dat moment geldende diepte aanwijst.
+Goedkoop, beproefd systeem.
+Geeft een visueel sterk signaal af: Wijzer ver rechts in de hoek?, veel water onder schip.
- Geen verloop af te lezen.
Fouten
Uiteraard kun je met dit apparaat ook weer te maken krijgen met fouten.
De kust is om ze te herkennen.
Teveel/ te weinig GAIN
Eén van de meest voorkomende fouten is die van de instelling van de GAIN:
Teveel versterking.
Wanneer de GAIN teveel open gedraaid wordt gaan er rare dingen gebeuren.
Het kan zijn dat het signaal meerdere keren heen en weer gaat voor de blokkeerder pen gaat.
Dit geeft vlekken in het beeld, min of meer in de vorm van de zeebodem.
Op thermisch papier zal de stylus constant inbranden en een zwarte streep genereren.
Bij te weinig GAIN zal de puls de bodem niet bereiken of slechts zo weinig energie overhouden dat er zo goed als geen signaal terug komt.
Te weinig GAIN Teveel GAIN
Verkeerd bereik
Bij een verkeerd bereik krijgen we niet zo zeer te maken met fouten als wel met een verkeerde interpretatie.
Op de meeste displays zal de diepte ook in cijfers aangegeven worden, maar er zijn merken waarbij je op de schaalverdeling aan de rand moet kijken om de getoonde diepte af te lezen.
Als we hierboven als voorbeeld nemen dat we denken dat de schaal ingesteld staat op max 100m lijkt het of we nog ruimte zat hebben onder het schip.
(Als onderaan het scherm 100m is hebben we in dit voorbeeld nog zeker een meter of 20 UKC.)
Maar als hij op 0-10m ingesteld staat, wat op dit scherm niet 1,2,3 te zien is, praten we over nog maar 1,5 - 2m.
De uitlezing klopt dus wel.
Je interpreteert het alleen verkeerd.
Geen besef van bodemsoort
De puls wordt naar beneden gestuurd waar het vanaf de bodem terug gekaatst moet worden.
Daarbij is het verloop van de bodem en de bodemsoort van groot belang.
Een harde vlakke harde (rots)bodem (rechts) zal veel puls weerkaatsen en een sterk signaal genereren in de ontvanger.
Maar de bodem kan ook van materiaal zijn dat veel energie absorbeert (slib, veen, waterplanten) of het sterk verstrooid (diffuseert), zoals bijvoorbeeld grind.
Dan zal er minder signaal overblijven en kan een beetje meer GAIN de oplossing bieden.
Informatie over de bodemsoort staat in de zeekaart/ECDIS.
Varen we precies boven een slope (talud) da is het goed mogelijk dat het meeste van het signaal een andere kant op gekaatst wordt dan naar de transducer.
Meer GAIN zal hier niet veel helpen.
Dan wordt er alleen maar meer signaal de verkeerde kant op gestuurd.
De beste oplossing hier is: beseffen dat het zo is. (Zeekaart bestuderen.)
Second trace
Bij second trace echo's gaat het signaal meerdere keren heen en weer tussen bodem en het vlak van het schip voordat het in de transducer komt.
Op de grafische uitlezing zien we dit als meerdere lijnen.
Omdat de puls per keer dat hij heen en weer gaat energie verliest wordt de weergave per trace-echo steeds minder fel weergegeven.
De bovenste lijn is dus de ware diepte.
Omdat de puls twee keer heen en weer is geweest wordt de tweede lijn ook op twee keer de diepte aangegeven.
De derde lijn op drie keer, etc.
Dit verschijnsel is hooguit irritant, maar levert geen gevaar op.
De ware uitlezing is immers de minst diepe.
Dit verschijnsel doet zich vooral voor bij zeer goed reflecterende bodems.
Ook scholen vis kun je op deze manier soms zo zien.
Bij te weinig ruimte tussen het vlak van het schip en de bodem wordt dit verschijnsel zo erg dat een er geen betrouwbare uitlezing meer mogelijk is.
Grafische scherm worden een groot (zwart) vlak, andere schermen gaan knipperen.
Uiteraard levert dit verschijnsel dán wel gevaar op!
Bijbundels
Alles dat zendt heeft een hoofdbundel en bijbundels.
De bijbundels bevatten minder energie dan de hoofdbundel, maar kunnen wel voor vreemde reflecties zorgen.
Liggend of varend (bagger, survey) langs een kade kunnen de bijbundels gereflecteerd worden door die kade.
Dit kan voor hele gekke uitlezingen zorgen.
Luchtbellen
Lucht weerkaatst de puls veel beter dan water.
In een wilde rivier, tijdens storm, maar vooral bij achteruitslaan komen die luchtbellen soms onder de transducer en veroorzaken dan storing.
Op een grafisch scherm zie je dan een heleboel strepen.
Op een digitaal scherm gaan de cijfers knipperen (of ze worden knipperende streepjes of nullen).
Van een analoge uitlezer gaat de wijzer in de linker hoek staan of slaat van nul naar max en weer terug.
Je kunt hier niets tegen doen.
Gewoon wachten tot de bellen weg zijn.
Nullijnfout
Het moment dat de puls de transducer verlaat komt op de grafische weergave als een lijntje: de nullijn.
Het kan zijn dat dat niet goed getimed wordt.
De puls verlaat dat eerst de transducer en dat wordt dn te laat doorgegeven aan de rest van het systeem.
Het gevolg is dat de nullijn te ver naar beneden op de grafische weergave komt en je dus meer diepte onder het schip verwacht.
De afstand tussen de nullijn en de bodemweergave klopt overigens wel.
De digitale weergave klopt ook, maar de grafische weergave moet je dus corrigeren voor de nullijn.
Bij digitale weergaves met cijfers heb je hier geen last van.
De afstand tussen de nullijn en de bodem wordt immers gewoon weergegeven.
Ook de grafische weergaves op schermen speelt dit niet zo.
Zoals in het voorbeeld hierboven te zien is komt de digitale uitlezing en de grafische weergave gewoon overeen, omdat ook dat de afstand tussen nullijn en bodem aangeeft.
Eigenlijk speelt dit probleem vooral bij de ouderwetse grafische uitlezing op papier:
Waarbij je de diepte uitleest op een plastic schaalverdeling bovenop het papier. (aan de zijkant)
En bij systemen die met een draaiende LED de diepte aangeven
(Hier kan je ook mooi de te hoog ingestelde GAIN zien als de tweede kortere streep.
De rode stippen zijn de nullijn (te ver naar rechts) en het ingestelde dieptealarm. Hier dus maar liefst 7m.)
Bij sommige merken, lang niet alle, kun je de nullijn handmatig bijstellen.
Saliniteitsverschil en thermische lagen
Het kan zijn dat er dieper in de waterlaag een verschil is in zoutgehalte (saliniteit) en/of temperatuur.
Als dit verschil erg groot is kan de puls dit waarnemen als bodem.
Op niet al te snel stromende rivieren kan een zwevende sliblaag gevormd worden.
Dat wordt dan ook als bodem weergegeven.
Omdat de echte bodem zich onder de valse bodem zal bevinden zal dit meestal niet een gevaar voor de navigatie vormen.
Je wordt hooguit te voorzichtig.
Nadeel is wel dat je dus niet kunt zien hoe de bodem verloopt onder die valse bodem en er dus zonder waarschuwing opeens een ondiepte doorheen kan "schieten".
Praktisch gebruik
Wanneer gebruiken we het echolood?
Als het goed is niet vaak.
Je zult je route zo uitstippelen dat je altijd voldoende water onder het schip hebt.
Maar er zijn havens waar een bank voor de haveningang ligt.
Bij ankeren wil je ook weten hoeveel water er onder het schip is i.v.m. de hoeveelheid ketting die gestoken moet worden.
En er bestaat zoiets als bathymetrische navigatie.
Er zijn havens waar de stroming zo langs gaat dat er zandbanken of -platen richting de pieren gevormd zijn.
Je kunt dan in de lengterichting van de plaat meevaren en langzaam richting de plaat varen.
Wanneer het echolood op begint te lopen stuur je weer er vanaf en op deze wijze scharrel je richting de haven.
Deze methode kun je gebruiken als alle overige middelen uitgevallen zijn en het zicht beperkt is.
Wel goed opletten, anders word je op een andere manier naar de haven gebracht.
Bij sommige werkzaamheden is het van het grootste belang de diepte onder het schip te weten.
Zoals duik-, bagger-, en surveywerkzaamheden.
Bij droogvallen in sommige (Engelse) havens zul je willen weten wanneer het schip "bit" gaat krijgen.
Al met al blijkt een echolood dus best een belangrijk instrument.
