|
一、回声测深原理 1.水声学有关知识 声波(acoustic wave) 声源(acoustic source)。 声波三个频率段： 20Hz以下的声波称为次声波(infrasonic wave)； 20Hz~20KHz称为可闻声波(voiced wave)； 20KHz以上的称为超声波(ultrasonic)。 频率高、抗干扰性好，被水声仪器广泛利用； 同一种均匀理想介质中恒速传播、直线传播； 在两种不同的介质面反射、折射或散射传播。
影响超声波在水中传播速度的因素： 水温每增加1°C，声速约增加3.3m/s； 含盐度每增加1‰，声速约增加1.2m/s； 水深每增加100m，声速约增加3.3m/s。 其中，水深的变化引起的静压力和温度的变化，所造成的声速变化值几乎相互抵消。 三个因素中，水温的变化对声速的影响最大。
超声波在水中传播时的能量损耗：吸收损耗和扩散损耗。
超声波在传播过程中受到的干扰： 海洋生物、海水运动、船舶本身等产生的海洋噪声干扰； 海水对超声波多次反射形成的混响干扰。
2.回声测深原理 在船底安装发射超声波的换能器(transducer)A和接收反射回波的换能器B 回声测深仪的测深原理公式： 水深：H=D+h
h：船底到海底的垂直距离； D：船舶吃水。 二、回声测深仪组成及各部分的主要作用 1.回声测深仪组成及作用 1）显示器(display unit) 显示系统、发射系统(transmitting system)和接收系统。 显示系统(display system)：脉冲产生器(pulse generator)以一定的时间间隔产生触发脉冲，控制计时器开始计时和控制发射系统 发射系统(transmitting system)：产生具有一定功率和宽度的电脉冲，推动发射换能器工作。 触发脉冲器：机械触发、电磁触发、光电触发和数字触发器。 其中光电触发器使用较多，数字触发器比较先进。 接收系统(receiving system)：将来自接收换能器的海底回波信号，经放大处理后，控制测量显示系统计算出所发射的超声波脉冲往返船底与海底之间的时间t，并按测深原理公式计算出船底到海底的水深（垂直距离），以一定的方式显示。 显示方式(display mode)：闪光式(flashing mode)（转盘式）、记录式(record mode)、数字式(digital mode)等。 闪光式显示比较直观、易读取，不能保留水深数据，且存在零点误差和时间电机转速变化引起的测量误差； 记录式显示方式可记录水深数据，较不直观易读，存在记录零点误差和时间电机转速变化引起的测量误差； 数字式显示方式是较先进，直观易读且可打印出来，不存在显示零点误差，也不采用时间电机计时。 2）换能器 作用：是一种电、声能量相互转换装置， 分类： 按作用不同：发射换能器(transmitting transducer)和接收换能器(receiving transducer)； 按工作原理不同：磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器； 按制造材料不同：压电陶瓷材料（如钛酸钡、锆钛酸铅等）换能器和铁磁材料（如镍、镍铁合金等）换能器。 安装注意事项：安装在船底龙骨左边或右边，距船首约1/2～1/3船长处。 表面必须水平，误差不得超过1°。 换能器表面应保持清洁，不得涂油漆，清洁时不得有任何损伤。 必须保持良好的水密性，否则将不能工作。 3）电源系统 作用：将船电转换为测深仪的工作电源，可采用变压器、逆变器或变流机。 2.回声测深仪工作原理
三、回声测深仪的使用 1.回声测深仪的主要技术指标 1）最大测深深度（maximum detect able depth,hmax） 由发射功率和发射脉冲的重复周期T决定，在发射功率足够大的情况下，由脉冲重复周期T所决定。同时，还必须考虑工作频率和发射功率的关系。 远洋船舶的最大测深400m以上，近海船舶的最大测深深200m。海洋测量船舶的最大测深2000~10000m以上。 2）最小测深深度（minimum detect able depth,hmin） 由发射脉冲的宽度t决定。 回声测深仪的最小测量深度一般为0.1m～1m。 3）脉冲重复频率（pulse repetition frequency-PRF，F） 每秒钟发射脉冲的个数，它的倒数称为脉冲重复周期T(pulse repetition period-PRP)，是决定回声测深仪最大测深深度的因素之一，一般为0.3s～0.6s。 4）脉冲宽度（pulse duration，t） 持续发射超声波脉冲的时间称为脉冲宽度。脉冲宽度越窄，最小测深深度越小，但脉冲宽度越窄往往平均发射功率越小，影响最大测深深度。 近海船舶回声测深仪一般采用窄脉冲发射，其最小测深深度和最大测深深度都较小。 远洋船舶回声测深仪一般采用较宽脉冲发射，其最小测深深度和最大测深深度都较大。 5）工作频率(operating frequency) 超声波的低频段频率即20KHz～60KHz，最大为200KHz。 6）发射功率(transmitting power) 是决定最大测深深度的因素之一，一般为几十瓦至几百瓦。 2.影响正常测深的主要因素 1）水中气泡(bubble)的影响 2）船舶倾斜（摇摆）的影响 3）海底底质(underseasediment)的影响 光滑的岩石对超声波的反射效果最好，淤泥对超声的反射效果最差，碎石、沙子对超声波的反射效果一般。 4）海底地形的影响 5）船底污物、杂草等的影响 将使换能器发射的超声波能量被衰减而减小了测深能力，或直接将超声波反射回到接收换能器被接收，使显示的水深不是海底水深而只是某一水层的水深。 3.测深误差(sounding error) 1）声速误差(acoustic velocity error) 实际声速与设计声速不相等。 实际声速大于设计声速，测量水深小于实际水深；实际声速小于设计声速，测量水深大于实际水深。 2）基线误差(groundline error) 使用发射换能器与接收换能器分离的测深仪，换能器基线是不为零的，而测量显示的水深是利用h=750t计算得来的，由此而产生的测深误差称为测深仪的基线误差。 当测量水深小于5m时，基线误差较大，应考虑其对测深精度的影响。 3）时间电机转速误差(speed of revolution error oftiming-motor) 4）零点误差(zero pointerror) |
|
|
