pinger van zwarte doos

[klazon]

Bij de zoektocht naar het verdwenen Maleisische vliegtuig wordt regelmatig gesproken over het zoeken naar de "ping" van de zwarte doos.
Gisteren zag ik daarover een interview met een deskundige. Die vertelde enerzijds dat de zwarte doos een radiosignaal uitzendt, maar anderzijds zei hij dat het zoeken gaat met een onderwatermicrofoon. Dat is met elkaar in tegenspraak. Mijn vraag is dus: zendt de pinger een akoestisch of een elektrisch signaal uit?

[shimmy]

Data recorders zijn alleen uitgerust met een underwater acoustic beacon. Werkt dus alleen onder water. De verwarring is misschien ontstaan omdat het vliegtuig zelf is uitgerust met een emergency locator transmitter. Dat is een radio baken.
 
Is de crash dus op water, dan zoekt men de pinger (acoustic beacon) en vindt men de data recorders. Is hij ergens in een groot onbewoond gebied op land, dan zoek je de ELT (de data recorders kunnen dan nooit ver weg zijn en moeten vanaf daar visueel gezocht worden.
 
Voor de volledigheid, er zijn ook nog draagbare ELT's aan boord om bij evacuatie mee te nemen en bijvoorbeeld aan de reddings rafts te binden. Ook radio bakens dus.

[Merlion]

Mijn vraag is dus: zendt de pinger een akoestisch of een elektrisch signaal uit?

 
De verzwakking van radiogolven in water is dermate hoog dat een radiobaken zinloos is.
 
De enige efficiënte manier om in een watermedium te communiceren is d.m.v. geluid, meestal een ultrasone frequentie die makkelijk te onderscheiden is van omgevingsgeluiden. Dolfijnen gebruiken eveneens deze methode om elkaar te vinden.
 
Om dit signaal zo ver mogelijk te kunnen waarnemen wordt hiervoor overigens een zo klein mogelijke bandbreedte voor gekozen, normaal een CW (Continuous Wave) burst die op regelmatige intervallen wordt uitgezonden.

[klazon]

 
De verzwakking van radiogolven in water is dermate hoog dat een radiobaken zinloos is.

Dat was ook mijn idee. Daarom vond ik het vreemd dat die man sprak over een radiosignaal. Maar het is dus gewoon een akoustische piep.
Bedankt voor de antwoorden.

[Benm]

Overigens heb ik het altijd wel wonderlijk gewonden dat een akoustisch signaal over zo'n grote afstand nog te horen is - zo'n datarecorder ligt, neem ik aan, gewoon op de bodem wat honderden kilometers diep kan zijn. Aan het formaat te zien kan er geen gigantische batterij in zitten, maar blijkbaar toch genoeg om een maand lang vanaf het wateroppervlak te detecteren.

[shimmy]

Nou, dat valt tegen. De pingers van bijvoorbeeld de Air France A330 en nu de Malaysia 777 zijn van Radiant Power Corp in Florida. Hier hun eigen site met specificaties. Een gegarandeerd signaal tot 6 km diepte is eerder de standaard. Ligt de data recorder dieper dan heeft het dus geen zin om vanaf het water oppervlak te zoeken en moet je een sleeplijn gebruiken. 

[klazon]

gewoon op de bodem wat honderden kilometers diep kan zijn.

Dat is wel erg diep. De diepst bekende plek is de Marianentrog en die is 11 kilometer diep.
Overigens is van walvissen bekend dat ze met akoestische signalen over 1000 kilometer kunnen communiceren. Maar dat doen ze met veel lagere frequenties, ergens in de buurt van 20 Hz als ik me niet vergis.

[Merlion]

Hou er rekening mee dat dit signaal nauwelijks bandbreedte heeft. Bij 20°C en gemakshalve een bandbreedte van 1Hz ligt het ruisniveau op -174dBm, wat ongeveer 4.10^(-21)W is of 0,45nV in 50Ω. Ik heb hoegenaamd geen idee wat voor soort microfoons deze teams gebruiken, maar een gevoeligheid voor 15mV/Pa voor een gewone electret voor gebruik op het droge is normaal. Dit zou dan neer komen op waarneembare geluidsdrukken van 33nPa of -55dBSPL wat heel ver beneden de menselijke hoorgrens ligt. 

[Merlion]

Nog een toevoeging:

 
Volgens Wikipedia produceert een baken van een black box een 37,5kHz burst van 160dB(1μPa) (of 160dB - 20log(20) = 134dBSPL) en kan door een ontvanger waargenomen worden op zowat 5km van de locatie. 

• Verzwakking door uitdeining van het geluid (kwadratisch met de afstand):  20.log(5000) = 74dB
• Verzwakking door absorptie bij 38 kHz in zeewater ligt om en bij de 5dB/km:  25dB voor 5000m 
• Totale verzwakking: 100dB 

Dit zou betekenen dat de gevoeligheid van de microfoon bij 34dBSPL ligt, heel ver boven de -55 dBSPL in mijn vorige post dus. 
 
Op het tweede zicht lijkt mij dit ook logisch omdat dit een dynamisch bereik van 34 - (-55) = 89dB zou betekenen. Alhoewel een microfoon, althans een normale audio microfoon hiermee geen problemen heeft, denk ik dat het niveau van het achtergrondgeluid in de zee veel te hoog is om een dergelijk bereik te halen. 
 
Ik neem aan dat deze 34dBSPL zowat het niveau is van het zee-achtergrondgeluid. 
 
Interessant thema.  

 

[Benm]

Hou er rekening mee dat dit signaal nauwelijks bandbreedte heeft. Bij 20°C en gemakshalve een bandbreedte van 1Hz ligt het ruisniveau op -174dBm, wat ongeveer 4.10^(-21)W is of 0,45nV in 50Ω.

Als ik daar die datasheet van Shimmy kijk is de output wel 37.5 kHz, maar met een tolerantie van 1 kHz. Dat betekent dat je een ontvanger moet gebruiken met een bandbreedte van 2 kHz als je zeker wilt zijn dat het signaal te ontvangen is.

Dat scheelt toch maar zo 36 dB aan beschikbaar signaalverlies voordat het signaal onder de ruisvloer verdwijnt.

Die honderden meters / kilometers was overigens een typo... ik was begonnen met het eerste maar wou er kilometers van maken. Maar goed, als zo'n ding een bereik heeft van 6 km en op 5 km diepte ligt, moet je er alsnog vrijwel precies boven varen om het te detecteren. In die zin toch een wondertje als het lukt zo'n ding te vinden in diep water.

Overigens een wat ongerelateerd idee: waarom zit er geen radiotransponder aan de 'buitenkant' van een vliegtuig, met een kleine accu die goed is voor zeg 24 uur stroom? Zelfs als alle electriciteit aan boord uitvalt en/of gesaboteerd wordt door zekeringen eruit te trekken blijft zoiets werken. Uiteraard kan dat transpondertje normaliter wel op de stroom van het vliegtuig werken, maar zodra die wegvalt is er nog 24 uur. Sabotage na vertrek is dan niet mogelijk zonder ergens te landen.

[shimmy]

Maar goed, als zo'n ding een bereik heeft van 6 km en op 5 km diepte ligt, moet je er alsnog vrijwel precies boven varen om het te detecteren.

Nee, zoals ik al schreef wordt er met sleeplijnen gewerkt. Die zijn zelfs kilometers lang. Aan de oppervlakte valt sowieso niks op te vangen. De detector moet onder de inversielaag hangen die het grootste deel van het signaal terug naar de bodem kaatst.

Voor wat betreft de niet uit te schakelen transponder, dit is al sinds 11-09-01 onderwerp van politieke discusie waarbij het pas deze week voor het eerst lijkt dat er een doorbraak aan zit te komen.

[Benm]

Als er met sleeplijnen gewerkt wordt, wil dat dan feitelijk zeggen dat het wrak van die vlucht binnen een paar km gelocaliseerd is nu er signalen zijn opgevangen?

Of een niet-uitschakelbare transponder zoveel zin heeft in het voorkomen van aanslagen met vliegtuigen betwijfel ik ten zeerste. Uiteraard maakt het het wel lastiger, maar als men een vliegtuig kaapt dat behoort te landen in de stad waarop een aanslag wordt gepleegd is het window om in te grijpen wel heel erg kort.

In geval van een 'verdwenen' vlucht als MH370 is het echter wel nuttig. Nu heeft men de mogelijke locatie nog wel weten te vinden door een systeem dat feitelijk bedoeld is om tijdens de vlucht mechanische defecten door te geven, maar dat is feitelijk meer toeval dan wijsheid (waardoor het opsporingsgebied ook enorm groot is).

Ergens neem ik aan dat er tussen de bemanning en passagiers wel een paar satteliet-telefoons aan boord moeten zijn geweest, maar die hebben alleen nut als iemand de crash heeft overleefd. Een automatisch, losstaand, systeem dat bijv ieder kwartier de gps locatie via inmarsat oid doorgeeft zou handig zijn omdat dat ook werkt voordat een toestel bijv op zee te pletter slaat.

[Merlion]

Als ik daar die datasheet van Shimmy kijk is de output wel 37.5 kHz, maar met een tolerantie van 1 kHz. Dat betekent dat je een ontvanger moet gebruiken met een bandbreedte van 2 kHz als je zeker wilt zijn dat het signaal te ontvangen is.

Dat scheelt toch maar zo 36 dB aan beschikbaar signaalverlies voordat het signaal onder de ruisvloer verdwijnt.

 
Dat is inderdaad ook waar.
 
Omdat deze 1kHz een tolerantie is en geen informatie zou men dit wel kunnen oplossen door parallel op een veelvoud van aanliggende frequenties te luisteren elk met een kleine bandbreedte. Dit principe wordt gebruikt, voor andere redenen weliswaar, bij ADSL en DVB-T en is met de huidige stand van technologie geen probleem. 
 
Niettegenstaande is -55dBSPL waarschijnlijk nog altijd totaal onrealistisch. Willekeurige bronnen op het internet spreken van achtergrondgeluiden in zee van 20 tot 40dB(1μPa) bij 30-40kHz  (-6 tot 14dBSPL). Zelfs indien het mogelijk is om een dermate gevoelige microfoon te bouwen die een oceaanmedium overleeft, dan nog zit je nog met dit achtergrondgeluid.

[king nero]

ter info: grafische voorstelling van de vermoedelijke diepte van de pinger :
http://visual.ly/mh-370-depth-problem

[Benm]

Tja, zo diep is 5 kilometer - daar kom je zonder infographic ook wel uit

Overigens een vreemd nieuwsbericht: http://www.powned.tv/nieuws/buitenland/2014/04/weer_mogelijke_signalen_boeing.html

Daarin stelt men dat een -vliegtuig- signalen heeft opgevangen. Nu neem ik gemakshalve even aan dat men geen hydrofoons aan kabels uit vliegtuigen door het water sleept, maar hoe het dan wel zit?!