ADCPs e DVLs: desenvolvimentos tecnológicos recentes

Um veículo REMUS mostra a matriz DVL tradicional de quatro elementos (Foto Cortesia Hydroid)

O compacto ECO ADCP (Foto Cortesia Nortek)

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Todos os marítimos sabem que o oceano se move. Alguns prosperam montando o vento e as ondas, enquanto outros se agarram e procuram um trilho na direção do vento com um pouco de verde na cara. Mas medir o movimento da água ou de objetos através da água é um aspecto essencial de muitas tecnologias e aplicações oceânicas. É possível usar um princípio de ondas sonoras chamado efeito Doppler para medir o movimento na água. Uma onda sonora tem uma frequência ou tom mais alto quando se move para você do que quando se afasta. Você ouve o efeito Doppler em ação quando uma sirene de um carro da polícia passa rapidamente com uma intensidade crescente de som característica que desaparece quando o carro passa.

O efeito Doppler permite um instrumento oceânico chave conhecido como perfilador de corrente acústico Doppler (ADCP). Este dispositivo mede o movimento da água que passa por ele. Quando montado em uma bóia estacionária ou no fundo do mar, fornece uma medida da corrente de água. Como alternativa, quando montado em uma plataforma móvel, como um veículo submarino, o instrumento pode medir o movimento em relação à água ou ao fundo do mar. Isso é conhecido como registro de velocidade Doppler (DVL). As primeiras patentes nos ADCPs de banda larga mais capazes foram emitidas em 1997. Esse recurso desencadeou a era moderna da medição atual. Nas décadas seguintes, oceanógrafos e engenheiros oceânicos empregaram essas ferramentas em uma variedade de configurações e milhares foram entregues. Mas o que os últimos anos trouxeram para o campo?

Um DVL embutido no veículo Fusion (Foto Cortesia Nortek)

À medida que o ecossistema ADCP / DVL amadureceu, houve muitas inovações. Recentemente, os principais fabricantes trouxeram desenvolvimentos criativos para o campo. A Teledyne RDI, sucessora da primeira empresa a comercializar o ADCP, continua a fornecer as principais tecnologias, especialmente DVLs, para veículos submarinos. Um dos veículos submarinos não tripulados mais comuns em serviço é o REMUS da Hydroid. Este veículo normalmente emprega o DVL compacto da Teledyne na configuração original de quatro transdutores montados em um anel. Os DVLs nesses veículos aumentam as posições do GPS, gravadas na superfície, e frequentemente medições de movimento inercial para ajudar o veículo a rastrear sua posição para melhorar o "acerto de contas morto".

A matriz de quatro transdutores não é a única configuração para um DVL, nem os UUVs são o único beneficiário. Outra configuração é uma matriz em fases. Parece uma única face do transdutor, mas na verdade é uma matriz de elementos do transdutor controlada eletronicamente por computador que cria uma série de "feixes" acústicos apontando em direções diferentes. Recentemente, a Teledyne introduziu o primeiro DVL de matriz em fases avaliado em 6000 metros, o pioneiro 300. Para um determinado tamanho e desempenho, a tecnologia de matriz em fases fornece maior alcance de rastreamento inferior do que os DVLs tradicionais, neste caso, até 275 metros do fundo do mar. O Pioneer DVL foi empregado a bordo do ROV de classificação profunda da Vulcan Inc, suportado pelo R / V Petrel, ao realizar inúmeras descobertas de naufrágios da Segunda Guerra Mundial no Pacífico. Essa mesma configuração agora é usada no mais recente DVL da Teledyne, o Tasman. Introduzido em abril de 2019. O design do transdutor de matriz em fase substituível em campo aprimora a precisão da posição, elimina a necessidade de velocidade de correção do som e reduz o arrasto em um veículo submarino. Este instrumento também fornece conectividade Ethernet, útil nos veículos submarinos cada vez mais sofisticados da atualidade.

O SPRINT-NAV funciona bem, mesmo em ângulos extremos (Foto: Cortesia Sonardyne)

Enquanto isso, na Sonardyne, o Syrinx DVL foi incorporado em uma solução inovadora - o navegador acústico-inercial híbrido SPRINT-Nav. Aqui, os transdutores DVL, a unidade de movimento inercial e o sensor de profundidade estão alojados juntos, oferecendo várias vantagens. Por exemplo, os feixes individuais de DVL são usados para atualizar a solução INS enquanto também calcula um vetor de velocidade DVL. O resultado é uma solução acústico-inercial mais precisa e robusta, na qual o INS pode descartar as medições de feixes individuais e persistir mesmo quando alguns feixes de DVL perdem a trava inferior. As compensações de alinhamento entre os diferentes sensores são calculadas na fábrica para que o sistema possa ser rapidamente mobilizado e as execuções de alinhamento por GPS são desnecessárias. A implantação é tão flexível que o sistema pode ser montado mesmo em ângulos extremos.

Outro fabricante que inova no espaço é a Nortek. Enquanto a maioria dos DVLs emprega um fator de forma cilíndrico, isso nem sempre é adequado para algumas aplicações. Em um caso, um novo veículo submarino, o Fusion da SRS, exigiu uma forma diferente. O Fusion é um veículo subaquático híbrido que combina recursos de AUV e ROV com navegação e propulsão de mergulhadores em um sistema. A Nortek entregou transdutores e componentes eletrônicos menores para este veículo, além de um arranjo exclusivo de transdutores em linha. Além disso, a suíte de instrumentos adicionou um altímetro dedicado para medições de altitude mais precisas diretamente abaixo do veículo. A evolução dos DVLs está permitindo novas inovações em veículos submarinos que dependem deles para navegação.

Enquanto os DVLs estão evoluindo rapidamente junto com os veículos submarinos, seus primos do ADCP também estão evoluindo. Nortek fornece outro exemplo aqui. Buscando melhorar a eficiência das operações e diminuir o custo das medições atuais, eles introduziram recentemente a plataforma ECO. O ECO, o mini-ADCP da Nortek para criação de perfis de águas rasas foi anunciado para venda no final de 2019. Ele possui um ADCP de 1MHz de mão e sem fio, programado com um aplicativo para smartphone. O processamento de dados e a garantia da qualidade são fornecidos por meio de um serviço automático na nuvem. Além dessas adaptações para o próprio instrumento, a Nortek deu um passo adiante no desenvolvimento e projetou uma bóia compacta e um sistema de liberação programada para simplificar a implantação em águas rasas.

ADCPs e DVLs são indiscutivelmente um dos principais facilitadores da oceanografia e da robótica submarina. Embora não sejam uma nova tecnologia, sua evolução tem sido rápida nos últimos anos. Novos designs de matriz, diversidade cada vez maior na faixa de frequência e novas configurações entram em cena rapidamente. As inovações inspiradas na tecnologia atual do consumidor, incluindo aplicativos e computação em nuvem, são desenvolvimentos empolgantes, raramente vistos na instrumentação oceânica. Mas a demanda por medição do movimento da água é significativa e gera inovações igualmente significativas. A próxima década de movimento será emocionante.

O Tasman DVL emprega uma matriz única e faseada (Foto: Cortesia Teledyne Marine)