回聲測深儀的誤差分析與修正..

1、測深儀的誤差分析科 目航海儀器（測深儀）1引言2測深儀的工作原理3測深儀測量誤差的分類及分析修正4影響測深儀工作的其他因素5結(jié)束語摘要回聲測深儀是一種水深測量儀器儀， 其功用是用來測量艦船所在 海域的水深。 通過分析回聲測深儀的基本工作原理， 研究影響其測深 精度的因素，并提出了校正方法，目的是確保儀器更好地發(fā)揮作用?，F(xiàn)在它已廣泛地應(yīng)用于航道勘測、水底地形調(diào)查、海道測量、船只導 航定位等方面。關(guān)鍵詞】 回聲測深儀；工作原理；誤差分析；修正方法1、引言回聲測深儀是測量超聲波信號自發(fā)射經(jīng)水底反射至接收的 時間間隔， 以確定艦船所在海域的水深的一種水聲儀器， 即測量 船底到海底之間的距離。在航海上，

2、回聲測深的用途是：艦船在 情況不明的海域或狹水道航行時，用測量水深確保艦船安全航 行；在能見度不良或其它導航儀器失效時， 用測量水深來辨認船 位；對海域水深精密測量，提供確保艦船安全航行的水深資料。因此， 回聲測深儀是一種重耍的航海儀器， 對保證艦船的機動和安全航行具有重要的意義。2、基本工作原理回聲測深儀是利用測量超聲波從發(fā)射至被反射接收的時間 間隔來確定水深的。測量水深的原理如圖所示， 在船底裝有發(fā)射超聲波的發(fā)射換 能器和接收超聲波的接收換能器， 發(fā)射換能器與接收換能器之間 的距離為 S，S 稱為基線。發(fā)射換能器以間歇方式向水下發(fā)射頻率為20200kHZ超聲波脈沖，聲波經(jīng)反射后一部分能被接

3、收換能 器接收。如圖所示，只要測出聲波自發(fā)射至接收所經(jīng)歷的時間就可由下列公式求出水深。公式:1、測深原理:a：Ct750 t實際水深：H = D+h式中， H 為水面至海底的深度； D 為船舶吃水； h 為測量水深；S 為基線長度； C 為聲波在海底的傳播速度；聲波在海水中的標準聲 速取 1500m/s；t 為聲波自發(fā)射至接收所經(jīng)歷的時間。3、測深儀測量誤差的分類及原理分析回聲測深儀的誤差是指測深儀測量顯示的水深與實際水深的差值。回聲測深儀的誤差有的可以借助儀器本身予以調(diào)整， 有的只能憑 使用人員的經(jīng)驗、技術(shù)水平予以修正。3.1 聲速誤差聲速誤差是指超聲波在海水中傳播的實際速度與標準（設(shè)計）速

4、度 （1500m/s） 不同而產(chǎn)生的誤差。3.1.1 海水中聲速傳播速度的經(jīng)驗公式：C = 1450+4.12 T -0.037 T 2 +1.14( t -35)+0.0175 D式中：T為海水表面溫度，C;T 指含鹽量，0；D為海水深度，米。其中：水溫每增加1C,聲速增加3.3米/秒；含鹽度每增加1%0, 聲速增加 15 米/ 秒。實際水深二（實際聲速/標準聲速）X顯示水深3.1.2 聲速誤差的修正公式：當實際聲速大于標準聲速時，實際深度要大于顯示深度；反之， 則實際深度要小于顯示深度。商船的聲速誤差一般無須進行修正， 但在聲速變化顯著的航區(qū)航 行時，駕駛員應(yīng)加以留意。如船舶從海岸駛?cè)雰?nèi)河

5、航行時，可能由于 含鹽量變化引起實際聲速小于標準聲速而導致測深儀顯示深度大于 實際水深，從而影響船舶安全航行。3.2 零位誤差零位誤差指的是閃光和記錄式超聲波發(fā)射時不在刻度尺的零位 發(fā)射而產(chǎn)生的誤差。閃光式測深儀的零點信號和記錄式測深儀的零點標志是標記計 時的起點， 也是顯示和記錄深度的基點。 閃光式測深儀的零點信號應(yīng) 與刻度盤的零位一致。記錄式測深儀的零點標志應(yīng)與刻度尺零位一 致，否則將會使發(fā)射的時間提前或滯后零位一段時間， 從而引起顯示 深度與實際深度不一致，產(chǎn)生零點誤差。通常，閃光式和記錄式測深儀均設(shè)置了零點調(diào)節(jié)機構(gòu)。特點：超前發(fā)射：測量深度V實際深度3.3 時間電機轉(zhuǎn)速誤差滯后發(fā)射：測

6、量深度實際深度處理方法： 調(diào)整發(fā)射觸發(fā)器的觸發(fā)時間，使其在零位發(fā)射。時間電機轉(zhuǎn)速誤差是指閃光式和記錄式測深儀中的時間電機轉(zhuǎn)速與其額定轉(zhuǎn)速不一致所產(chǎn)生的測量誤差。在閃光式和記錄式測深儀中，時間電機作為顯示系統(tǒng)的時間裝從而使顯示置，必須以恒定的轉(zhuǎn)速帶動轉(zhuǎn)盤或記錄筆轉(zhuǎn)動。 時間電機轉(zhuǎn)速的變化 必然會使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的角度和記錄筆移動的距離發(fā)生變化， 深度與實際深度產(chǎn)生偏差，所以，時間電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定與否，講直接 影響測深儀顯示深度的準確性。時間電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定一般是由于船電變化或時間電機本身故障 所致。時間電機的轉(zhuǎn)速可以通過旋轉(zhuǎn)電機內(nèi)離心調(diào)速器的固定螺釘予 以調(diào)整。3.3.1 時間電機的轉(zhuǎn)速誤差調(diào)整公式為：實

7、際水深二（電機額定轉(zhuǎn)速/電機實際轉(zhuǎn)速）X顯示水深當電機轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速時，測量深度要大于實際深度；電機轉(zhuǎn)速慢于額定轉(zhuǎn)速時，測量深度要小于實際深度。所以要求電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。引起不穩(wěn)定的原因：一是船舶電源電壓和頻率不穩(wěn)定； 二是時間電機故障或調(diào)速裝置 失調(diào)。處理方法： 在時間電機無故障的情況下調(diào)整時間電機的調(diào)速機構(gòu)。基線誤差指的是發(fā)射換能器與接受換能器之間的距離大小引起3.4 基線誤差的測量誤差。實際設(shè)計測深儀時， 我們均按 h=0.5Ct 來計算測量深度，(0.5S) 2項被忽略掉，故產(chǎn)生了基線誤差。測量水深越深，基線誤差就越小。當水深大于5m時，基線誤差就可以忽略不計。采用收、 發(fā)兼用換能器的測

8、深儀則不存在基線誤差。要求：淺水測深儀的基線一般不應(yīng)大于 300mm深水測深儀的基線可以為0.5Im。4、影響測深儀工作的其他因素4.1 船舶搖擺對測深儀的影響當船舶發(fā)生搖擺時， 發(fā)射換能器也隨之傾斜， 其發(fā)射的主波束(主 瓣)的方向也隨之改變。若傾斜角度不大，主波束的反射回波扔可被接收換能器接收；當傾斜角度大于極限值，將可能產(chǎn)生回波信號“遺漏”現(xiàn)象，嚴重時回波信號全部消失，測深儀無法工作4.2海底底質(zhì)和坡度的影響不同的海底底質(zhì)對聲波的反射能力差異較大， 巖石最強， 砂底次之，淤泥最差。處理方法： 為了達到顯示器的最佳顯示效果， 應(yīng)根據(jù)不同的海底 底質(zhì)調(diào)整測深儀的靈敏度大小。另外，不平坦的海底

9、底質(zhì)和海底坡度將使反射回波先后抵達接收 換能器，從而在顯示器上出現(xiàn)較寬的信號帶。處理方法： 為了保證船舶航行安全， 此時應(yīng)該從信號帶前沿讀取 水深。4.3 航速的影響當船舶高速航行時，船體產(chǎn)生劇烈振動，水流猛烈沖擊船體，致 使干擾噪聲增加。同時，海水的空化現(xiàn)象也明顯增加，致使回波信號 削弱，嚴重時回波信號將被干擾信號“淹沒” ，致使測深儀工作困難， 甚至無法工作。處理方法：選擇適當?shù)膿Q能器安裝位置， 可以幫助減小上述影響。4.4 水中氣泡的影響海水產(chǎn)生氣泡的主要原因如下：風浪使大量空氣混在海水表層； 船舶倒車，在船底和螺旋槳處會產(chǎn)生大量氣泡 測深儀換能器安裝位置不恰當，影響了水流的平滑性而產(chǎn)生

10、氣泡。海水中氣泡對測深儀工作的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面 是水中氣泡對聲能有削弱作用； 另一方面是大量氣泡會引起聲波的混 響，從而嚴重干擾測深儀正常工作。4.5 換能器工作面附著物的影響換能器表面的附著物對聲能有較強的吸收作用， 尤其是長期不用 的換能器表面會有大量的生物生長，對換能器工作影響較大，所以， 應(yīng)及時清潔換能器工作面。還應(yīng)該注意換能器的工作面不能涂敷油 漆。4.6 換能器剩磁消失的影響對于磁致伸縮換能器， 剩磁因為時間太久會逐漸消失， 將影響測深儀的靈敏度，所以應(yīng)定期對磁致伸縮換能器進行充磁。5、結(jié)束語現(xiàn)代的船用回聲測深儀普遍采用了先進的數(shù)字處理技術(shù)，通過軟件控制超聲波的發(fā)射和接收； 同時使用高清晰度的液晶顯示屏LED)和菜單式的人機友好界面， 可通過鍵盤操作來控制整機工作，而且可顯示回波圖像或儲存數(shù)字