第六章_船用回声测深仪2008

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1、2008版 1 第二篇 水声导航仪器For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 2 水声 声导航仪器 船用 计程仪 回声 测深仪 仪For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 3第六章 船用回声测深仪 n 主要内容： n 6 6- -1 声波在水中的传播 n 6 6- -

2、2 回声测深原理 n 6 6- -3 各部分组成的结构性能 n 6 6- -4 回声测深仪的误差及消除方法 n 6 6- -5 测深仪的操作使用 测深仪的操作使用For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 4 6 - 1 声波在水中的传播 n 水 水声学在航海上的应用已越来越 广，已逐步形成测深、测速、定位 等水下导航系统。 n 超声波是声波的一种，它在海水介 质中的传播性能是电磁波和光波无 法取代的。 n 因此，有必要掌握一些关于

3、声学方 面的最基本的知识。 面的最基本的知识。For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 5一、声波的物理特性 一、声波的物理特性 1 声源： ：振动的物体称为声源。 2 声波的定义： 声波： 声波：质点振动的传播。 声波的频率 频率f f： ：每秒钟内质点振动的次数。 声波的波长 长 ： ：处在同一振动状态的两个相 邻质点间的距离。 声波的传播速度 度C ： ：每秒钟声波传播的距 离。 。C = f fFor Evaluation

4、 Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor 6一、声波的物理特性 n 声波的种类： ： 纵波 横波 表面波 介质质点的振动 方向与波的传播 方向 向一致 一致的波 可在气体、 液体和固体 中传播。 介质质点的振动 方向与波的传播 方向 向垂直 垂直的波 只能在固体 中传播。 在两种介质分界面处进行传播的 波 波For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by

5、 Foxit PDF Editor2008版 7 3 声波传播的特点： n 在水中为纵波；直线传播； n 同一介质中速度恒定，不同介质 速度不同； n 会产生反射、折射、散射和绕射 等物理现象； n 有传播损耗（扩散和衰减损耗， 包括扩散、吸收和散射等）。 包括扩散、吸收和散射等）。For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 8二、声波在水中的传播速度 n n 1 1声速公式： 式： 声速只取决于 介质的物理常 数，而与声源 的振动

6、频率无 关。 介质的密度 介质的弹性 - - = r rEECFor Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 9 2 影响声波在海水中传播 的因素： n n 海水的介质密度 度 和弹性 性E 并不是一个常 数，它是随温度 度T 、 、含盐量 量 和静压力的 不同而变化的，其中以 以温度 度的影响最为 显著。 著。 温度 含盐量 静压力 增 加 加1 11 104Pa声波 平均 增加 量 量 3 3m/s1 5m/s3 3m/sFor E

7、valuation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 10 3 经验公式： n 乌德公式： n C = 1450 4.206t 0.0366t 2 1.137( ( 35) n 我国港口工程测量规范采用 n 威尔逊公式： n C = 1449.2 4.623t 0.0546t 2 1.391( ( 35) n 国际上比较普遍采用 国际上比较普遍采用For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software C

8、ompany, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 11 4 4 海水中声波的标准声速： n 声波在海水中的标准设计声速： n 1500 1500（ （1450 1450 1550 1550） n 一般的船用水声仪器均采用标准声速。 n 为了测量更精确，有些仪器设有温度和 含盐量的调节机构或自动补偿电路。 n 在一般情况下，无需进行声速校正。 在一般情况下，无需进行声速校正。For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxi

9、t PDF Editor2008版 12三、声波的传播损耗 n 声波在海水中传播过程中因反射、 折射、散射和吸收等现象，使来自 声源的能量随时间和空间的推移而 逐渐地减弱，这种声能的减弱和损 失的现象称为传播损耗。 n 传播损耗有两种： n 衰减损耗： n 扩散损耗： 扩散损耗：For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 13 四、海洋中的噪声 n 海洋自然噪声 n 目标辐射噪声 n 船舶本身在运动中产生的自噪声 声For Eval

10、uation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 14 6 - 2 回声测深原理 n 主要内容： n 一、回声测深仪及其作用 n 二、测深原理 n 三、整机的组成及工作概况 n 四、主要技术性能指标 性能指标For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 15一、回声测深仪及其作用 n n 1 1

11、定义： n n 是应用超声波在水中传播时所具有的 的直线传播 播、 、传 播速度基本恒定 定以及 及反射性 性等物理特性来测量水深 的。 n n 2 作用： n n 1 1）在特殊情况下，可通过测量水深来辨认船位； n n 2 2）在开辟新航区或浅水航行时，可用于导航，以确保船舶航 行安全； n n 3 3）在航道及港口测量方面，它可提供准确可靠的水深资料。 ）在航道及港口测量方面，它可提供准确可靠的水深资料。For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF E

12、ditor2008版 院 16水面 水面 二、测深原理 二、测深原理 测深公式： 测深公式：H hD海底 海底S22 22 22 - + = - + = + =SctD AMOADhDH A BMOFor Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 17三、整机的组成及工作概况 三、整机的组成及工作概况 1 1组成框图： 电源设备 显示器 放大器 推动器 接收换能器 发射换能器 船电 发 射 系 统 接 收 系 统 激发控制 回声信号 回声

13、信号 电 电脉冲 超声波 反射声波 反射声波For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 18 各 各部分作用： n n 电源设备： n n 将船电变为适合回声测深仪各部分所需要的电源。 n n 显示器： n n 产生发射指令；测量回波的时间；把时间变为距离； 将深度显示出来。 n n 推动器： n n 是一个电子元件，起放大作用。 n n 发射换能器： n n 将电脉冲信号转换成超声波向海底发射。 n n 接收换能器： n n 将反

14、射回来的微弱的超声波转换成电信号。 n n 放大器： n n 将微弱的回波电信号放大，驱动显示器工作。 将微弱的回波电信号放大，驱动显示器工作。For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 19 2 整机工作过程 n n 接通显示器（或指示器）上的电源开关； n n 显示器定时控制发射系统； n n 使发射系统以一定的宽度、幅度及频率的电振荡脉冲信 号，送到发射换能器； n n 发射换能器把电振荡转换为机械振荡向水中发射超声 波； n

15、 n 零信号在显示器上直接显示零点标志； n n 超声波到达海底后，反射回来的一部分声波能量（即回 波），到接收换能器； n n 接收换能器受激将机械振荡转换为电振荡信号； n n 经接收放大器放大后，送至显示器； n n 显示器以一定的方式显示水深。 显示器以一定的方式显示水深。For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 20 四、主要技术性能指标 n n 1 最大测量深度 n n t =1ms h=0.75m n n 3 其它指标 标For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor2008版 21 国际海事组织（ 国际海事组织（IMO ） ）规定： n n 1 ）测量范围： n n 应能测