第四章计程仪及回声测深仪

船舶主机监控仪器

计程仪 与 测深仪

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回声测深仪测深仪是用于航海测量水深的仪器，是一种在 航海和航道测绘 上广泛使用的航海仪器。

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一、回声测深原理1、水声学有关知识 、 1)声源 ) 2)声波的分类 ) 按频率分：次声波(20Hz以下)可闻声波(20Hz~~20kHz) 超声波(20kHz以上)

按发射方式分： 连续波、脉冲波

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一、回声测深原理1、水声学有关知识 、 3)声波的传播 ) 声速只取决于介质的物理常数，而与声源的振动频率 无关。 在空气中： C=330m/s;在水中： C=1500m/s 航海上，海水中的声速一般取1500米/秒。

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一、回声测深原理1、水声学有关知识 、4)声波在海水中传播的损耗 )

扩散损耗： 直接由于声能的扩散所引起的。 衰减损耗，由于吸收和散射共同作用的结果，它和 电能沿导线传输所产生的损耗类似。

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一、回声测深原理1、水声学有关知识 、5)声波在海水中的传播干扰 )

混响干扰 海洋噪声

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一、回声测深原理2、回声测深原理 、回声测深的原理是基于声波在水中传播特性的理论，即利用 超声波在水中等速直线传播和具有反射特性的原理来测定水 深。 由于超声波较其它声波的方向性好、穿透性强、放射性显著 和抗可闻声干扰性好等特点，所以回声测深仪是利用超声波 进行深度测量。

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二、组成及各部分的主要作用1、回声测深仪的组成 、1)控制及显示器 )

2)换能器 )3)电源系统 )

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三、回声测深仪的使用及注意事项1、回声测深仪的主要技术指标 、1)最大测量深度(hmax) )最大测量深度( 最大测量深度hmax(maximal detectable depth)是表 示测深仪所能测得的最大深度。 最大测量深度与发射功率和脉冲重复周期(T)(或脉 冲重复频率)有关。 以脉冲方式工作的回声测深仪，它的最大测量的时间间 隔t只能是在两次发射的间隔时间T内(即t〈T), 故应选择适当的发射间隔时间，即脉冲重复周期T。 hmax≤750T 一般为200米~1000米，最大2000米

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2)最小测量深度(hmin)(米) )最小测量深度( )(米 最小测量水深hmin(minimum detectable depth) 是表示测深仪可能测量并能显示出来的最小深度。 最小测量深度取决于发射脉冲宽度τ。 因此，最小测量深度hmin hmin≥C·τ/2≥750τ 一般为0.1米~1米。 τ≤hmin/750

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三、回声测深仪的使用及注意事项3)脉冲重复频率(F) )脉冲重复频率(F)(次/秒) (F) 脉冲重复频率(pulse repetition frequency – PRF)、 脉冲重复周期(pulse repetition period – PRP) F=1/T 与测深仪的最大测量深度有关， 一般为0.3~0.6s。 4)脉冲宽度(τ)(ms) )脉冲宽度( ) 持续发射超声波脉冲的

时间称为脉冲宽度(pulse duration),它是决定最小测量深度的关键。一般 取0.1ms~1.3ms(毫秒)。

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5)工作频率(operating frequency) )工作频率 测深仪的工作频率指发射超声波的频率。超声 波的工作频率一般为20~60kHz之间，最 大可达200kHz。 6)发射功率 )发射功率(transmitting power) 发射功率指脉冲功率。它的数值一般在几十瓦 至几百瓦之间。 7)消耗功率 )

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8)换能器及换能器指向性 ) θ0称为半扩散角。半扩散角越小，波束就越尖 锐，指向性越好，测深仪或声相关计程仪的 θ0一般在10°----15°,而多普勒计程仪的θ0 则为1.°5----3°。 测深仪换能器的波束一般不宜过于尖锐，否则 会因为船舶摇摆而接收不到信号。

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三、回声测深仪的使用及注意事项

2.影响正常测深的主要因素 影响正常测深的主要因素1)水中气泡的影响 ) 超声波在空气中的吸收损耗远大于在水中。因此超声 波在水中传播过程中遇到气泡时，强度将受到很 大削弱。另外气泡还有反射、散射能力，这也将 使回波受到干扰。船倒车(此时不宜使用测深仪因水中产生气泡影响); 船变更航向或轻载高速航行时； 风浪较大，船舶摇摆时； 船首上翘较高时； 换能器安装不理想时。

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2)船舶倾斜(摇摆)的影响 )船舶倾斜(摇摆) 当船倾斜时，发射换能器也随之倾斜，当其倾角大于 发射角的二分之一时，即β>α。/2时，就接收不 到海底的回波信号。也就无法进行测深。 风浪大，船舶摇摆剧烈时将无法进行测深。 3)海底底质的影响 ) 不同的海底底质，对超声波反射能力也不同；下列底 质反射能力逐渐变差：岩石、碎石、沙底、淤泥。

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4)海底地形的影响 ) 从当进行浅水水域测深时，在记录纸上可能出 现一较宽的信号带，应以回波信号带的前沿 读取测量深度为宜(最浅的水深信号)。 在高低不平岩石海底的浅水中，若灵敏度很高， 在测深仪的显示器上可能出现多次回波信号， 应将第一次回波信号为正确回波，并以此读 取水深。 5)船底污物、杂草等的影响 )船底污物、

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三、回声测深仪的使用及注意事项3.回声测深的误差 回声测深的误差1)声速误差(acoustic velocity error) )声速误差产生原因 实际声速与设计声速不一致，使测量产生误差。 当实际声速大于设计声速时，测量水深小于实际水深。 当实际声速小于设计声速时，测量水深大于实际水深。 消除方法 一般不进行消除。要求测深精度高的回声测深仪，设 置“温度补偿”、“盐分补偿”、“水深补偿”, 来消除声速误差。

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2)基线误差(ground line error) )基线误差产生原因 (发射和接收换能器

之间的距离引起的误差) 在水深大于5米时，回声测深仪的基线误差可 忽略不计。 消除方法 发射和接收采用同一个换能器，或不消除。

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三、回声测深仪的使用及注意事项3)时间电机转速误差(speed of revolution )时间电机转速误差 error of timing-motor)产生原因时间电机转速与其额定转速不一致。 转速快(时间电机转速大于额定转速),显示水深大于实际 水深； 转速慢，显示水深小于实际水深。

消除方法①如果是由于船电不稳定引起的转速不均匀，则应采用稳定 的电源 ②如果船电是稳定的，而且时间电机的转速一直是大于或小 于额定转速，那么应调节时间电机的转速为设计转速。