Corto alcance - baja velocidad de bits de transmisión de datos bajo el agua

Question

Yo estoy mirando para conseguir un asimiento de los pequeños transmisores para su uso bajo el agua (agua de mar). Van a ser manipulados para mi equipo del sensor y que se adjunta a los peces para el seguimiento científico, por lo que su tamaño es muy importante.

Los transmisores será necesario:

• Transmisión digital de datos de paquetes de alrededor de 256 bits de una vez por segundo.
• Una gama mínima de aprox. 150 metros para la buena medida.
• Ser capaz de trabajar en un sistema con 10 o más transmisores activos al mismo tiempo.
• Ser tan pequeño como sea posible.
• Ser tan eficientes como sea posible

Mi investigación indica que mi mejor apuesta es construir una frecuencia fija am-transmisores. (Disponibilidad, costo, tamaño, etc.) con pequeños osciladores de cristal. Es este un plan viable o hay mejores soluciones que existe?

Además, ¿alguien sabe si una configuración como esta podría trabajar bajo el agua? Tenga en cuenta que yo sólo necesita de un radio de 150 metros.

Puesto que sólo se necesita una tasa de alrededor de 512 bits / segundo por transmisor (quiero sobrecarga para más datos), una menor frecuencia de transmisor de darme un menor consumo de energía?

No hay tamaño o la potencia de las restricciones en los receptores.

EDITAR: Estoy recibiendo un montón de buena información. La atenuación en el agua de mar es mucho mayor de lo que esperaba, gracias por el gráfico.

Veo que incluso mi plan inicial, el uso de frecuencias en el LF-banda está fuera de su alcance en esta gama.

1 khz a 20 metros de distancia con más receptores colocados parece más realista, pero incluso esto no se ve muy prometedor. Parece que EM transmisión simplemente no es factible que en virtud de agua de mar. Tal vez voy a ser mejor con un transmisor acústico o algún tipo de pasivo de telemetría.

Gracias a todos.

Answer 1

Sí, suena muy interesante, y hay algunos buenos datos sobre la transmisión de radio en el agua de mar. Vamos a empezar con un gráfico: -

La base de la gráfica es la frecuencia de la portadora y el eje Y es la atenuación en dB por metro. Hay dos puntos: uno es el agua de mar (4 Siemens por metro de la conductividad) y uno de Adelaida (Australia) agua dulce (0.0546 Siemens por metro). El gráfico que se deriva de este documento que contiene la fórmula para el campo eléctrico de la atenuación como: -

Atenuación\$^1\$ dB/m = 0.0173\$\sqrt{f\sigma}\$ donde sigma es la conductividad y la f en Hz.

Para agua de mar, en una portadora de frecuencia de 1 MHz, la atenuación es de aproximadamente 33 dB por metro. A 100 kHz esta se ha reducido a alrededor de 10 dB por metro.

De 100 kHz transportista puede soportar fácilmente una tasa de bits de 256 bits por segundo, de modo que es un competidor (o es?). Sin embargo, dado un rango de 150 metros, que es una atenuación de 1500 dB por lo que es fuera de la cuestión tal y como yo lo veo. Así que tal vez un 10 kHz transportista puede trabajar - se va a atenuar alrededor de 3,5 dB por metro dando una atenuación máxima de más de 150 metros de 525 dB (¡puaj!).

No se ve bien. Cómo sensible puede un receptor de radio ser, es la cuestión que ahora se nos viene a la mente y hay un amplio y útil fórmula que relaciona la velocidad de datos de la sensibilidad: -

Potencia (dBm) que necesita un receptor es -154 dBm + 10\$log_{10}\$(tasa de datos)

A sólo 256 bps la sensibilidad (si se diseñan correctamente) es -130 dBm.

Para obtener este nivel de la señal a través de un enlace que pierde 525 dB significa una entrada de alimentación para los peces de la antena transmisora (525 -130) dBm o una INABARCABLE CANTIDAD DE POTENCIA de TRANSMISIÓN (estamos hablando de 10^36 vatios).

Por ejemplo, el Voyager II de espacio profundo en septiembre de 2013 se produjo una atenuación que era de aproximadamente 245 dBm para recibir las antenas en la tierra. OK, es transmitido 22 vatios con una alta ganancia de la antena de plato y se utilizó la cancha de fútbol del tamaño de platos para recibir los datos, pero era capaz de hacer -.

Por lo tanto, mi consejo es tener un replanteamiento y, posiblemente, considere el uso de cámaras submarinas para hacer lo que quieras O, si usted todavía está en la radio, a continuación, un número de receptores localizados esparcidos alrededor del "estanque de los peces".

Si usted sigue esta 2ª enfoque puede ser capaz de utilizar el transmisor magnético de las bobinas magnéticas y receptor de las bobinas. La atenuación de un campo mag es un cubo de la ley, pero en la vecindad de 5 metros de altura se debe trabajar.

Olvídate de todo lo que ha MHz o GHz anexa a la frecuencia de la portadora.

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\$^1\$ la fórmula anterior puede ser que necesite un poco de explicación. Se trata de la comprensión de lo que "profundidad de piel". Como la frecuencia es mayor que una corriente penetra menos y menos en un medio conductor, prefiriendo quedarse en la superficie. La profundidad de la piel en la que el actual ha atenuado a 1/e (8.6859 dB)es: -

Longitud = \$\sqrt{\dfrac{1}{\pi f\mu_0\sigma}}\$

Así que para el caso de 1 MHz, y suponiendo que la permeabilidad magnética del agua es de 4\$\pi\$ x 10\$^{-7}\$, con una conductividad de 4 S/m, longitud = 0.2516 m.

Para que una atenuación de 8.6859 dB por 0.225 m o 34.5 dB por metro como por el gráfico de arriba para que el agua de mar a 1 MHz.

Answer 2

Lo que se ha propuesto en anteriores comentarios y respuestas es poco realista. Google acaba de "la atenuación de las ondas de radio en el agua de mar" y usted encontrará que la atenuación, incluso a 10 MHz, que ya se acerca al 100 dB/metro. El uso de ondas de radio, para que su aplicación se limita su rango de pocos metros en el mejor. Es por eso que la transmisión del sonido ha sido utilizado en el pasado para aplicaciones como la suya. Usted todavía va a tener problemas debido a la combinación de la gama que usted necesita y la tasa de datos (hay un fuerte comercio de estos 2 parámetros, debido a la alta atenuaciones, incluso del sonido en el agua). Me gustaría tratar de contactar con otros investigadores en su área, así como una buena búsqueda en Internet de esfuerzo para aprender lo que usted desea que se ha hecho en el pasado.

Answer 3

RF es adecuado para su uso bajo el agua en una granja de peces, que no hay manera de conseguir esas distancias (Pero 150M también se siente mucho para mí, con el RX colgado debajo del alimentador de 20M probablemente haría).

Posiblemente el tonto pensamiento, pero las jaulas son a menudo equipados con extensos sistemas de vídeo (para mantener un ojo en la depredación por parte de los sellos, entre otras cosas), ¿qué tal una celda de moneda y un par de Led visible como una etiqueta? Bote la cosa en resina de Poliuretano (Bueno eso es lo que el sonar de los chicos de mantener el agua fuera) y el uso de openCV o algo para rastrear el movimiento de las luces, la óptica es también posible como un comms método si se va a añadir un poco de micro y fet para controlar el LED.

Sonar es, por supuesto, una posibilidad, y funciona bien, pero el tamaño puede ser un problema.

Saludos, Dan.