ADCP y DVL: desarrollos tecnológicos recientes

Un vehículo REMUS muestra la tradicional matriz DVL de cuatro elementos (Fotografía cortesía de Hydroid)

El compacto ECO ADCP (Foto cortesía de Nortek)

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Todos los marineros saben que el océano se mueve. Algunos prosperan montando el viento y las olas, mientras que otros se aferran y buscan un riel a favor del viento con un poco de verde en la cara. Pero medir el movimiento del agua, o de los objetos a través del agua, es un aspecto clave de muchas tecnologías y aplicaciones oceánicas. Es posible utilizar un principio de ondas de sonido llamado efecto Doppler para medir el movimiento en el agua. Una onda de sonido tiene una frecuencia o tono más alto cuando se mueve hacia ti que cuando se aleja. Se escucha el efecto Doppler en acción cuando la sirena de un automóvil de policía pasa rápidamente con una intensidad de sonido característica que se desvanece cuando el automóvil pasa.

El efecto Doppler habilita un instrumento oceánico clave conocido como perfilador de corriente Doppler acústico (ADCP). Este dispositivo mide el movimiento del agua que fluye a su paso. Cuando se monta en una boya estacionaria, o en el fondo marino, proporciona una medida de la corriente de agua. Alternativamente, cuando se monta en una plataforma móvil, como un vehículo submarino, el instrumento puede medir el movimiento relativo al agua o al fondo marino. Esto se conoce como un registro de velocidad Doppler (DVL). Las primeras patentes sobre los ADCP de banda ancha más capaces se emitieron en 1997. Esta capacidad desató la era moderna de la medición actual. En las décadas posteriores, los oceanógrafos y los ingenieros oceánicos han empleado estas herramientas en una variedad de configuraciones y se han entregado miles. Pero, ¿qué han traído al campo los últimos años?

Un DVL en línea en el vehículo Fusion (Foto cortesía de Nortek)

A medida que el ecosistema ADCP / DVL ha madurado, ha habido muchas innovaciones. Recientemente, los principales fabricantes han llevado desarrollos creativos al campo. Teledyne RDI, el sucesor de la primera compañía en comercializar el ADCP, continúa entregando tecnologías clave, especialmente DVL, para vehículos submarinos. Uno de los vehículos submarinos no tripulados más comunes en servicio es el REMUS de Hydroid. Este vehículo emplea típicamente el DVL compacto de Teledyne en la configuración original de cuatro transductores montados en un anillo. Las DVL en estos vehículos aumentan las posiciones de GPS, registradas en la superficie y, a menudo, las mediciones de movimiento inercial para ayudar al vehículo a rastrear su posición para mejorar el "cálculo muerto".

La matriz de cuatro transductores no es la única configuración para un DVL, ni los UUV son el único beneficiario. Otra configuración es una matriz en fases. Esto parece una sola cara del transductor, pero en realidad es una matriz de elementos del transductor controlada electrónicamente que crea una serie de "haces" acústicos que apuntan en diferentes direcciones. Recientemente, Teledyne presentó el primer DVL de matriz en fase con capacidad para 6000 metros, el pionero 300. Para un tamaño y rendimiento determinados, la tecnología de matriz en fase proporciona un mayor rango de seguimiento de fondo que los DVL tradicionales en este caso, hasta 275 metros del fondo marino. El Pioneer DVL se empleó a bordo del ROV de calificación profunda de Vulcan Inc, respaldado por R / V Petrel, ya que realizó numerosos descubrimientos de naufragios de la Segunda Guerra Mundial en el Pacífico. Esta misma configuración ahora se usa en la última DVL de Teledyne, la Tasman. Presentado en abril de 2019. El diseño del transductor de matriz en fase reemplazable en el campo mejora la precisión de la posición, elimina la necesidad de corregir la velocidad del sonido y reduce el arrastre en un vehículo submarino. Este instrumento también proporciona conectividad ethernet, útil en los vehículos submarinos cada vez más sofisticados de la actualidad.

SPRINT-NAV funciona bien, incluso en ángulos extremos (Foto cortesía de Sonardyne)

Mientras tanto, en Sonardyne, el Syrinx DVL se ha incorporado en una solución innovadora: el navegador híbrido acústico-inercial SPRINT-Nav. Aquí, los transductores DVL, la unidad de movimiento inercial y el sensor de profundidad están alojados juntos, ofreciendo una serie de ventajas. Por ejemplo, los haces de DVL individuales se utilizan para actualizar la solución INS al tiempo que se calcula un vector de velocidad de DVL. El resultado es una solución acústica-inercial más precisa y robusta donde el INS puede descartar mediciones de haces individuales y persistir incluso cuando algunos haces de DVL pierden el bloqueo inferior. Las compensaciones de alineación entre los diferentes sensores se calculan en la fábrica para que el sistema se pueda movilizar rápidamente y las ejecuciones de alineación GPS sean innecesarias. El despliegue es tan flexible que el sistema se puede montar incluso en ángulos extremos.

Otro fabricante innovador en el espacio es Nortek. Si bien la mayoría de las DVL emplean un factor de forma cilíndrico, esto no siempre es adecuado para algunas aplicaciones. En un caso, un nuevo vehículo submarino, el Fusion de SRS, exigía una forma diferente. Fusion es un vehículo submarino híbrido que combina las capacidades de AUV y ROV con navegación de buzo y propulsión en un solo sistema. Nortek entregó transductores y componentes electrónicos más pequeños para este vehículo, así como una disposición única de transductores en línea. Además, el conjunto de instrumentos agregó un altímetro dedicado para una medición de altitud más precisa directamente debajo del vehículo. La evolución en DVL está permitiendo una mayor innovación en vehículos submarinos que dependen de ellos para la navegación.

Mientras que las DVL evolucionan rápidamente junto con los vehículos submarinos, sus primos ADCP también evolucionan. Nortek proporciona otro ejemplo aquí. Buscando mejorar la eficiencia de las operaciones y disminuir el costo de las mediciones actuales, recientemente introdujeron la plataforma ECO. ECO, el mini-ADCP de Nortek para perfiles de aguas poco profundas se anunció a la venta a fines de 2019. Cuenta con un ADCP de mano de 1MHz con carga inalámbrica, programado con una aplicación de teléfono inteligente. El procesamiento de datos y la garantía de calidad se proporcionan a través de un servicio automático basado en la nube. Además de estas adaptaciones para el instrumento en sí, Nortek llevó el desarrollo un paso más allá y diseñó una boya compacta y un sistema de liberación programada para simplificar el despliegue en aguas poco profundas.

ADCP y DVL son posiblemente uno de los principales facilitadores de la oceanografía y la robótica submarina. Si bien no son una tecnología nueva, su evolución ha sido rápida en los últimos años. Nuevos diseños de matriz, diversidad cada vez mayor en el rango de frecuencia, y configuraciones novedosas han aparecido rápidamente. Las innovaciones inspiradas en la tecnología de consumo actual, incluidas las aplicaciones y la computación en la nube, son desarrollos interesantes que no se ven a menudo en la instrumentación oceánica. Pero la demanda de medición del movimiento del agua es significativa e impulsa una innovación igualmente significativa. La próxima década de movimiento será emocionante.

El Tasman DVL emplea una única matriz en fase (Foto cortesía de Teledyne Marine)