Medición de olas en el mar ártico
Medición de olas en mar abierto y en el hielo con AHRS.
“Las unidades fueron fiables, sin fallos en las duras condiciones del Ártico. Han estado funcionando continuamente durante más de un año sin necesidad de ciclos de alimentación, etc.” | Dr. Martin Doble
Programa Marginal Ice Zone (MIZ)
En las últimas décadas, el Ártico se ha calentado más que cualquier otra región, lo que ha provocado una reducción significativa en el volumen de hielo marino. La combinación de una mayor área libre de hielo y una cobertura de hielo más móvil ha llevado a la aparición de una zona marginal de hielo (MIZ) estacional en el Mar de Beaufort.
La iniciativa MIZ de la Oficina de Investigación Naval involucra un programa integrado de observaciones y simulaciones para investigar la dinámica hielo-océano-atmósfera con varios sistemas autónomos, incluidas las boyas de oleaje.
Ellipse-A para estudiar las características de las olas oceánicas
El programa utilizó 25 boyas de oleaje para cuantificar las características y la evolución del oleaje en alta mar y en el hielo. Además, se desplegaron veinte boyas en verano y cinco en invierno.
El Dr. Martin Doble, oceanógrafo de la UPMC y miembro del programa de investigación, explicó: “Necesitábamos una solución rápida y rentable para medir los espectros direccionales de las olas en el océano.”
El tiempo de despliegue fue corto. Por lo tanto, era esencial una solución integrada que proporcionara datos precisos de compensación de oleaje (heave) de inmediato. Además, la rápida entrega de las unidades resultó fundamental.
Los ingenieros instalaron boyas de verano perforándolas en el hielo. Además, las alimentaron con paneles solares y las equiparon con sensores de movimiento inerciales Ellipse-A.
Estos sensores detectaron los efectos de las olas cercanas y lejanas en el témpano de hielo. Una vez que el hielo se derritió, las boyas continuaron midiendo las características del océano abierto. Además, los operadores instalaron cinco boyas de invierno directamente sobre el hielo.
Estas boyas de aluminio ofrecían una mayor resistencia y contenían baterías para durar durante los oscuros meses de invierno. Cada boya también integraba electrónica de procesamiento, tarjeta SD, GPS y un módem de satélite Iridium con antenas.
Esta configuración transmitía los datos registrados a petición a la estación base de Cambridge. Por último, los investigadores combinaron los datos de las boyas de verano (olas en mar abierto) y las boyas de invierno (olas en el hielo). Como resultado, cuantificaron las tasas de atenuación de las olas de forma más eficaz.
Cuando la calibración de la temperatura tiene sentido
Los sensores inerciales Ellipse-A se utilizaron aquí para la altura y la dirección de las olas. El Ellipse-A mide en tiempo real el balanceo, el cabeceo y el rumbo con una precisión de 0,35°, y la compensación de oleaje (heave), con una precisión de 10 cm.
Cada sensor está calibrado para el sesgo, la linealidad, la ganancia, la desalineación, el eje transversal y el gyro-g desde -40°C hasta +85°C. Esto les permite proporcionar datos fiables en entornos hostiles, ¿y qué puede ser más hostil que el hielo del Ártico? “Las unidades fueron fiables, sin fallos en las duras condiciones del Ártico.
El Ellipse-A ha estado funcionando continuamente durante más de un año sin necesidad de ciclos de alimentación, etc., y los números se ven bien, dando resultados claros”, citando al Dr. Doble.
“Necesitábamos una solución muy rápida y rentable para medir los espectros de olas direccionales en el océano.” | Dr. Martin Doble
Ellipse-A: AHRS miniatura de alto rendimiento
Durante el proyecto, se lanzó la gama Ellipse, una nueva línea que reemplaza a la gama IG-500.
Más precisos en actitud y más confiables (IP68) por el mismo presupuesto, los nuevos sensores inerciales en miniatura ahora proporcionan una compensación de oleaje (heave) que se ajusta automáticamente al período de la ola para un mayor rendimiento.
Los sensores Ellipse-A se utilizan actualmente en un nuevo proyecto ONR en los mares de Beaufort/Chukchi.
Ellipse-A
Ellipse-A es un sistema de referencia de actitud y rumbo (AHRS) asequible y de alto rendimiento. Incorpora un procedimiento de calibración magnética de primera clase para un heading óptimo y es adecuado para aplicaciones dinámicas de bajas a medias.
Calibrado de fábrica de -40°C a 85°C, este robusto sensor de movimiento inercial proporciona datos de Roll, Pitch, Heading y Heave.
Solicitar un presupuesto para el Ellipse-A
¿Tiene alguna pregunta?
¡Bienvenido a nuestra sección de preguntas frecuentes! Aquí encontrará respuestas a las preguntas más comunes sobre las aplicaciones que mostramos. Si no encuentra lo que busca, ¡no dude en ponerse en contacto con nosotros directamente!
¿Qué son los sensores de medición de olas?
Los sensores de medición de olas son herramientas esenciales para comprender la dinámica oceánica y mejorar la seguridad y la eficiencia en las operaciones marinas. Al proporcionar datos precisos y oportunos sobre las condiciones de las olas, ayudan a tomar decisiones en diversos sectores, desde el transporte marítimo y la navegación hasta la conservación del medio ambiente. Las boyas de oleaje son dispositivos flotantes equipados con sensores para medir parámetros de las olas como la altura, el período y la dirección.
Normalmente utilizan acelerómetros o giróscopos para detectar el movimiento de las olas (por ejemplo, el período de las olas) y pueden transmitir datos en tiempo real a instalaciones en tierra para su análisis.
¿Qué es la batimetría?
La batimetría es el estudio y la medición de la profundidad y la forma del terreno submarino, centrado principalmente en el mapeo del fondo marino y otros paisajes sumergidos. Es el equivalente submarino de la topografía, proporcionando información detallada sobre las características submarinas de océanos, mares, lagos y ríos. La batimetría desempeña un papel crucial en diversas aplicaciones, como la navegación, la construcción marina, la exploración de recursos y los estudios medioambientales.
Las técnicas batimétricas modernas se basan en sistemas de sonar, como las ecosondas monohaz y multihaz, que utilizan ondas sonoras para medir la profundidad del agua. Estos dispositivos envían pulsos de sonido hacia el fondo marino y registran el tiempo que tardan los ecos en regresar, calculando la profundidad en función de la velocidad del sonido en el agua. Las ecosondas multihaz, en particular, permiten cartografiar amplias franjas del fondo marino de una sola vez, proporcionando representaciones del fondo marino muy detalladas y precisas. Frecuentemente, se asocia una solución RTK + INS para crear representaciones batimétricas 3D del fondo marino con un posicionamiento preciso.
Los datos batimétricos son esenciales para crear cartas náuticas, que ayudan a guiar a los buques de forma segura mediante la identificación de posibles peligros submarinos, como rocas sumergidas, restos de naufragios y bancos de arena. También desempeñan un papel vital en la investigación científica, ayudando a los investigadores a comprender las características geológicas submarinas, las corrientes oceánicas y los ecosistemas marinos.
¿Para qué se utiliza una boya?
Una boya es un dispositivo flotante utilizado principalmente en entornos marítimos y acuáticos para varios propósitos clave. Las boyas se colocan a menudo en lugares específicos para marcar pasos seguros, canales o zonas peligrosas en masas de agua. Guían a los barcos y embarcaciones, ayudándoles a evitar puntos peligrosos como rocas, aguas poco profundas o restos de naufragios.
Se utilizan como puntos de anclaje para embarcaciones. Las boyas de amarre permiten a los barcos amarrarse sin tener que fondear, lo que puede ser especialmente útil en zonas donde el fondeo es poco práctico o perjudicial para el medio ambiente.
Las boyas instrumentadas están equipadas con sensores para medir las condiciones ambientales como la temperatura, la altura de las olas, la velocidad del viento y la presión atmosférica. Estas boyas proporcionan datos valiosos para la previsión meteorológica, la investigación climática y los estudios oceanográficos.
Algunas boyas actúan como plataformas para recoger y transmitir datos en tiempo real del agua o del lecho marino, y se utilizan a menudo en la investigación científica, la vigilancia medioambiental y las aplicaciones militares.
En la pesca comercial, las boyas marcan la ubicación de las trampas o redes. También ayudan en la acuicultura, marcando las ubicaciones de las granjas submarinas.
Las boyas también pueden marcar áreas designadas, como zonas de no fondeo, zonas de no pesca o zonas de baño, lo que ayuda a hacer cumplir las regulaciones en el agua.
En todos los casos, las boyas son fundamentales para garantizar la seguridad, facilitar las actividades marítimas y apoyar la investigación científica.
¿Qué es la flotabilidad?
La flotabilidad es la fuerza ejercida por un fluido (como el agua o el aire) que se opone al peso de un objeto sumergido en él. Permite que los objetos floten o asciendan a la superficie si su densidad es menor que la del fluido. La flotabilidad se produce debido a la diferencia de presión ejercida sobre las porciones sumergidas del objeto: se aplica una mayor presión a profundidades más bajas, creando una fuerza ascendente.
El principio de flotabilidad se describe mediante el principio de Arquímedes, que establece que la fuerza de flotación ascendente sobre un objeto es igual al peso del fluido desplazado por el objeto. Si la fuerza de flotación es mayor que el peso del objeto, éste flotará; si es menor, el objeto se hundirá. La flotabilidad es esencial en muchos campos, desde la ingeniería marina (diseño de barcos y submarinos) hasta la funcionalidad de dispositivos flotantes como las boyas.
¿Qué es una IMU?
Una Unidad de Medición Inercial (IMU) es un módulo sensor compacto que mide el movimiento y la orientación de una plataforma capturando sus aceleraciones lineales y velocidades de rotación angular. En su núcleo, una IMU integra tres acelerómetros y tres giróscopos dispuestos a lo largo de ejes ortogonales para proporcionar seis grados de medición.
Los acelerómetros detectan cómo acelera la plataforma en el espacio, mientras que los giróscopos rastrean cómo rota. Al procesar estas mediciones conjuntamente, una IMU proporciona información precisa sobre los cambios en velocidad, actitud y rumbo sin depender de ninguna señal externa. Esto hace que las IMU sean esenciales para la navegación en entornos donde el GPS no está disponible, no es fiable o es intencionadamente denegado. Su rendimiento depende en gran medida de la calidad del sensor, la calibración y el control de errores —como sesgos, ruido, factores de escala y desalineaciones—.
Las IMU de alta gama incluyen mecanismos avanzados de calibración, compensación térmica, filtrado de vibraciones y estabilidad del sesgo para asegurar que los errores no se acumulen rápidamente con el tiempo. Gracias a estas características, las IMU se utilizan en una amplia gama de aplicaciones —desde UAVs, municiones merodeadoras y vehículos autónomos hasta AUVs, robótica y sistemas de estabilización industrial— proporcionando una conciencia robusta y continua del movimiento y la orientación incluso en las condiciones operativas más adversas.
