Echolot

Dieser Text beschreibt Echolot.

Das Echolot ist ein in der Nautik benutztes Gerät zur akustischen Messung von Fluss- oder Meerestiefen. Teilweise wird es auch in der Luftfahrt als "sonic altimeter" eingesetzt. Es wurde 1913 von dem deutschen Physiker Alexander Behm entwickelt und patentiert.

Das Echolot gehört zu den aktiven Sonar-Methoden (engl. für sound navigation and ranging) zur Ortung von Objekten unter Wasser. Neben aktivem Sonar gibt es auch passive Sonarsysteme, die keinen Schall ausstrahlen, sondern ca. empfangen. Beide Methoden sind auch von der Tierwelt bekannt (s. unten).

Bei der Echolotung sendet ein Schwinger am Schiffsboden einen Impuls in dem Ultraschall aus (etwa 100 kHz). Die Schallwellen werden am Gewässerboden reflektiert und vom Schallwandler empfangen. Aus der Laufzeitmessung der Schallwellen und der Ausbreitungsgeschwindigkeit wird die Tiefe ermittelt. Übliche Geräte haben Messbereiche von etwa 2m bis einige km.

Die Schallgeschwindigkeit in dem Wasser hängt von Temperatur und Salzgehalt ab und liegt bei 1500 m/s (1400 bis 1550 m/s). Für genaue Messungen ist sie jeweils zu bestimmen und die Apparatur auf sie zu kalibrieren.

Im Regelfall entspricht das erste Echo der gesuchten Tiefe. Bei geneigtem bzw. unregelmäßigem Untergrund oder bei Schlick und Schlamm sind jedoch Korrekturen notwendig. Die Beschaffenheit des Untergrunds kann durch zwei Frequenzen bestimmt werden. Die üblichen 100-200 kHz werden an Schichten kleinerer Dichte reflektiert als die tiefer eindringende niedrige Frequenz (etwa 15 kHz).
Die schiffbare Tiefe (nautischer Horizont) ist etwas kleiner als der Tiefenwert mit 100kHz, wird aber mit 2 Frequenzen besser abschätzbar.

Fächerecholot

Für die Vermessung von Gewässersohlen, Flussmündungen und Flachküsten werden statt Echoloten mit Einzelstrahl so genannte Fächerlotsysteme eingesetzt. Dadurch wird die Vermessung ökonomischer und bei mehrfacher Überdeckung der gemessenen Streifen gut kontrollierbar.

Der Fächer hat Öffnungswinkel zwischen 60° und 150° und besteht aus rund 100 Einzelstrahlen. Die Fächeröffnung kann bei modernen Systemen dem Gewässerprofil und der Schiffsgeschwindigkeit angepasst werden.

Weitere Einsatzmethoden

Schiffe für den Fischfang benutzen das Sonar auch zur Ortung von Fischschwärmen. Geräte für Boote oder kleine Schiffe können sogar einzelne Fische orten.
Vereinzelt werden Schallmethoden auch in der Luftfahrt benutzt. Das Sonic Altimeter dient zur Höhenmessung von Flugzeugen über Grund. Teilweise werden Sonarbojen auch von Hubschraubern geschleppt.

Für die Militärtechnik ist vor allem das passive Sonar interessant, das ca. fremden Schall empfängt und selbst nicht ortbar ist. Damit kann man andere Schiffe, U-Boote und manche Hindernisse orten.

Echoortung bei Tieren

Mit ähnlicher, aber dreidimensionaler Schallortung orientieren sich manche Tierarten, z.B. Fledermäuse und Wale. Fledermäuse stoßen kurze Schreie in dem Ultraschall aus, deren Echo ihnen ein rasches Vorbeifliegen an Hindernissen und die Suche nach Insekten ermöglicht.

Zahnwale setzen zur Echolokation unter Wasser Folgen kurzer Ultraschalltöne ein, sog. Klicks.