第六章-船用回声测深仪1课件.ppt

1、航海仪器（电）1一、声波一、声波4.4.声波的分类：声波的分类：次声波：声源频率低于次声波：声源频率低于20Hz20Hz；可闻声波：声源频率介于可闻声波：声源频率介于20Hz20Hz20kHz20kHz；超声波：声源频率高于超声波：声源频率高于20kHz20kHz。航海仪器（电）2KEc1航海仪器（电）3航海仪器（电）4 船用水声仪器通常以1500m/s为标准设计声速。海水的物理状态变化量海水的物理状态变化量声速平均增加量（声速平均增加量（m/sm/s）温度增加温度增加113.3含盐量增加含盐量增加111.5静压力增加静压力增加1 110-4Pa10-4Pa（水深增加（水深增加100m100m

2、）3.3航海仪器（电）52.传播损耗传播损耗 扩散损耗扩散损耗:由于声能的扩散所引起。由于声能的扩散所引起。衰减损耗：由于声能的吸收和散射共同作衰减损耗：由于声能的吸收和散射共同作 用的结构。用的结构。三、水中声的传播三、水中声的传播航海仪器（电）63.海底底质对反射的影响海底底质对反射的影响岩石，礁板岩石，礁板平底硬沙平底硬沙石砾，碎石石砾，碎石淤泥淤泥三、水中声的传播三、水中声的传播航海仪器（电）74.海洋中的混响海洋中的混响 来自所有散射体的散射波的总和构成混响。来自所有散射体的散射波的总和构成混响。分类：分类： 体积混响：体积混响： 海面混响：海面混响： 海底混响：海底混响：利用某一海

3、层的体积混响测量船速。利用某一海层的体积混响测量船速。 三、水中声的传播三、水中声的传播航海仪器（电）8l测量水深的基本公式；测量水深的基本公式；l船用回声测深仪的整机框图、工作概况、船用回声测深仪的整机框图、工作概况、主要性能指标。主要性能指标。 航海仪器（电）9海面通过测量声波往返于船底到海底的时间，利用测深公式计算深度。一、回声测深基本原理一、回声测深基本原理hHD海底AOMB航海仪器（电）10式中：H水面至海底的深度； D为水面置换能器表面的距离； h为换能器表面至海底的距离即测量深度； S为基线； C为标准声速；一、回声测深基本原理一、回声测深基本原理DDDhHsctAMAO2222

4、22航海仪器（电）11二、整机构成及工作时序图二、整机构成及工作时序图显示器接收系统发射系统换能器航海仪器（电）12三、回声测深仪主要技术指标三、回声测深仪主要技术指标最大测量深度最大测量深度最小测量深度最小测量深度工作频率工作频率脉冲宽度脉冲宽度脉冲重复频率（或周期）脉冲重复频率（或周期）接受增益等。接受增益等。航海仪器（电）13三、回声测深仪主要技术指标三、回声测深仪主要技术指标最大测量深度：测深仪的最大量程。最大测量深度：测深仪的最大量程。IMO标准：远洋：标准：远洋：400m，沿海和内河：，沿海和内河：200m，海洋测量：，海洋测量：2000m10000m航海仪器（电）14三、回声测深

5、仪主要技术指标三、回声测深仪主要技术指标最大测量深度：测深仪的最大量程。最大测量深度：测深仪的最大量程。影响最大测量深度的因素是：影响最大测量深度的因素是： 发射功率，工作频率，换能器效率，接收灵发射功率，工作频率，换能器效率，接收灵敏度。敏度。 发射脉冲重复周期决定了最大测量深度，二发射脉冲重复周期决定了最大测量深度，二者关系为：者关系为：chTmax2T为脉冲重复周期，为脉冲重复周期，C为设计声速，为设计声速，hmax为最大为最大测量深度。测量深度。航海仪器（电）15三、回声测深仪主要技术指标三、回声测深仪主要技术指标 最小测量深度：测深仪所能测到的最最小测量深度：测深仪所能测到的最小深度

6、。小深度。 它是由发射和接收系统的工作质量和参它是由发射和接收系统的工作质量和参数所决定的。数所决定的。 发射脉冲宽度发射脉冲宽度决定了最小测量深度：决定了最小测量深度： 7502minCh航海仪器（电）16l发射系统发射系统l换能器换能器l接收系统接收系统l显示系统显示系统 航海仪器（电）17触发器的种类：触发器的种类：机械触发，电磁触发，光电触发，电子触机械触发，电磁触发，光电触发，电子触发发一、发射系统一、发射系统航海仪器（电）18 1.分类分类从功能上分：发射，接收从功能上分：发射，接收从材料上分：从材料上分： A .磁致伸缩换能器：镍，镍铁合金；磁致伸缩换能器：镍，镍铁合金； B .

7、电致伸缩换能器：钛酸钡，锆钛酸铅极化电致伸缩换能器：钛酸钡，锆钛酸铅极化后得到压电陶瓷后得到压电陶瓷二、换能器二、换能器声电能互相转换的器件。声电能互相转换的器件。航海仪器（电）192.磁换能器的工作原理磁换能器的工作原理磁致伸缩效应：已磁化的铁磁材料在磁场磁致伸缩效应：已磁化的铁磁材料在磁场的作用下，沿磁力线方向产生相应的伸的作用下，沿磁力线方向产生相应的伸缩性形变的现象。缩性形变的现象。 上述现象称为正向磁致伸缩效应上述现象称为正向磁致伸缩效应二、换能器二、换能器航海仪器（电）203.电换能器：电换能器：电致伸缩效应：已极化的介电材料在外力电致伸缩效应：已极化的介电材料在外力的作用下，沿外

8、力方向产生相对伸缩性的作用下，沿外力方向产生相对伸缩性形变时，将引起其内部电场强度的变化形变时，将引起其内部电场强度的变化的上述现象称为电致伸缩效应。的上述现象称为电致伸缩效应。 上述现象称为正向电致伸缩效应上述现象称为正向电致伸缩效应二、换能器二、换能器航海仪器（电）214.换能器的指向性：换能器的指向性： 把声能集中在某一方把声能集中在某一方向或接收某一方向回向或接收某一方向回波最大值的特性。波最大值的特性。二、换能器二、换能器航海仪器（电）22指向性图指向性图半扩散角：功率为零的夹角的一半。半扩散角：功率为零的夹角的一半。测深仪及声相关计程仪测深仪及声相关计程仪0 0为为10101515

9、。多普勒计程仪多普勒计程仪0 0为为1.51.53 3。 取决于声波的波长和换能器发射面取决于声波的波长和换能器发射面的几何尺寸的几何尺寸二、换能器二、换能器航海仪器（电）235.换能器的安装要求换能器的安装要求保证船体强度和安全；保证船体强度和安全；换能器发射面水平；换能器发射面水平；发射面不能涂油漆；发射面不能涂油漆；导线要距船首导线要距船首1213船长的龙骨附船长的龙骨附近；近；屏蔽。屏蔽。二、换能器二、换能器航海仪器（电）24显示方式显示方式机电显示系统机电显示系统闪光式闪光式记录式记录式电气显示系统电气显示系统数字式数字式指示式指示式四、显示系统四、显示系统航海仪器（电）25设计声速

10、于是几声速不一致引起的测设计声速于是几声速不一致引起的测量误差。量误差。修正公式：修正公式： 一、声速误差一、声速误差00hcchw航海仪器（电）26电机的额定转速与实际转速不一致引电机的额定转速与实际转速不一致引起的误差。起的误差。修正公式：修正公式： 二、电机转速误差二、电机转速误差00hNNhw航海仪器（电）27零点信号不显示在零米处引起的读数零点信号不显示在零米处引起的读数误差。误差。 修正公式：修正公式： 三、零点误差三、零点误差chhh0航海仪器（电）28航海仪器（电）29 转盘的转速既是发射触发脉冲的重复频率。显然，对应不同挡的量程，其转盘的转速是不相同的，可通过变速箱进行转换。

11、航海仪器（电）30航海仪器（电）31航海仪器（电）32航海仪器（电）33l第一节 船用计程仪的分类 l第二节 电磁计程仪l第三节 多普勒计程仪 l第四节 声相关计程仪航海仪器（电）34l拖曳式和转轮式l水压式l电磁式l多普勒式l声相关式一、计程仪的种类航海仪器（电）35相对计程仪：测量船舶相对于水的速度和航程的计程仪。绝对计程仪：测量船舶相对于地的速度和航程的计程仪。二、分类航海仪器（电）36l利用电磁感应原理来测量船舶航行时对水的速度，并累计航程的计程仪。 一、定义一、定义 它是一种相对计程仪它是一种相对计程仪航海仪器（电）371.传感器：是将船舶相对于水流的传感器：是将船舶相对于水流的速度

12、信息转变成与该速度速度信息转变成与该速度成正比的电压或电流信号成正比的电压或电流信号的器件。的器件。二、组成二、组成放大放大器器传感传感器器航航速速指示指示器器200p/n miles航海仪器（电）38二、组成二、组成放大放大器器传感传感器器航航速速指示指示器器200p/n miles2 . 放大器：放大器： 放大航速信号，放大航速信号，输输 出出 一个与航速成正比一个与航速成正比的直流信的直流信 号，送航速表指号，送航速表指示相应的航速。示相应的航速。 航海仪器（电）39二、组成二、组成放大放大器器传感传感器器航航速速指示指示器器200p/n miles3 .指示器：指示器： 显示航速和航程

13、；显示航速和航程；指示器还具有指示器还具有200HZ/n mail航航速脉冲的标准输出接口，可输速脉冲的标准输出接口，可输至真运动雷达和至真运动雷达和ARPA等其它等其它导航仪器。导航仪器。 航海仪器（电）40l 种类：l平面式l导杆式三、传感器工作原理三、传感器工作原理航海仪器（电）41结构：结构：原理：原理：三、传感器工作原理三、传感器工作原理cosBlVEg航海仪器（电）42三、传感器工作原理三、传感器工作原理cosBlVEg 两电极之间两电极之间产生的感应电压产生的感应电压为：为：航海仪器（电）43l单波束多普勒计程仪的测速与单波束多普勒计程仪的测速与计程原理，存在的问题。计程原理，存

14、在的问题。l双波束多普勒计程仪的测速与双波束多普勒计程仪的测速与计程原理。计程原理。l多普勒计程仪性能指标；安装多普勒计程仪性能指标；安装与使用注意事项。与使用注意事项。l误差及其消除方法。误差及其消除方法。 航海仪器（电）44一、定义：一、定义：利用多普勒效应原理制成的一种精密利用多普勒效应原理制成的一种精密的测量船速和累计航程的水声导航的测量船速和累计航程的水声导航仪器。仪器。它能够测量船舶相对海底的绝对速度。它能够测量船舶相对海底的绝对速度。航海仪器（电）45二、多普勒效应：二、多普勒效应： 在声源和接收者间有相对运动在声源和接收者间有相对运动时，接收者收到的频率与声源发时，接收者收到的

15、频率与声源发射频率不同的现象叫多普勒效应射频率不同的现象叫多普勒效应。 航海仪器（电）46二、多普勒效应：二、多普勒效应： 两者相互靠近时，接受到的频两者相互靠近时，接受到的频率将升高率将升高。 两者相互离开时，接受到的频两者相互离开时，接受到的频率将降低率将降低。航海仪器（电）47三、多普勒频移三、多普勒频移接收频率接收频率fr与发射频率与发射频率f0的差值。的差值。多普勒频移的大小：多普勒频移的大小：0fffr航海仪器（电）48三、多普勒频移三、多普勒频移 同时多普勒频移同时多普勒频移f 的大小与声的大小与声源频率源频率f0 、声源在介质中的传播、声源在介质中的传播速度速度C和声源与接收点

16、之间的相和声源与接收点之间的相对运动速度对运动速度V有关：有关： f = V/C f0航海仪器（电）49四、单波束多普勒计程仪四、单波束多普勒计程仪f0vvcos航海仪器（电）50四、单波束多普勒计程仪四、单波束多普勒计程仪其中：其中：f0 为发射频率为发射频率 v 为声源或接收者运动速度为声源或接收者运动速度 运动方向与声波传播方运动方向与声波传播方 向的夹角向的夹角 c 声速声速cvffcos20f0vvcos航海仪器（电）51五、双波束多普勒计程仪五、双波束多普勒计程仪1.单波束多普勒计程仪存单波束多普勒计程仪存在的问题在的问题:航海仪器（电）52非线性误差 33220cos2cos2c

17、os21cvcvcvffrcos2cos21000cvffcvffrcos200cvffffr航海仪器（电）53船舶摇摆与颠簸f0vvcosuusin航海仪器（电）54船舶颠簸f0vvcosuusincuvffsincos20航海仪器（电）55船舶摇摆cvffcos20f0vvcosuusin航海仪器（电）56l双波束多普勒计程仪的优点双波束多普勒计程仪的优点 五、双波束多普勒计程仪五、双波束多普勒计程仪f0v航海仪器（电）57l双波束多普勒计程仪的优点双波束多普勒计程仪的优点 f0vcfvcvfcvffffAF000cos4cos2cos2航海仪器（电）58l双波束多普勒计程仪的优点双波束多

18、普勒计程仪的优点 f0vuusinusincvfcuvfcuvffcos4sincos2sincos2000航海仪器（电）59l双波束多普勒计程仪的优点双波束多普勒计程仪的优点 coscos40cvff航海仪器（电）60六、多波束多普勒计程仪六、多波束多普勒计程仪一元多普勒计程仪：一元多普勒计程仪： 双波束，用于导航，通称多普双波束，用于导航，通称多普勒计程仪。勒计程仪。f0v航海仪器（电）61六、多波束多普勒计六、多波束多普勒计程仪程仪二元多普勒计程仪：二元多普勒计程仪： 四波束，用于推四波束，用于推算船位，通称多普勒算船位，通称多普勒导航仪。导航仪。航海仪器（电）62六、多波束多普勒计程仪

19、六、多波束多普勒计程仪三元多普勒计程仪：三元多普勒计程仪： 六波束，用于靠泊，六波束，用于靠泊，通称多普勒靠泊系统。通称多普勒靠泊系统。航海仪器（电）63一、定义一、定义 是应用相关技术处理水声信息，是应用相关技术处理水声信息，测量船舶航速并累计航程的一种水测量船舶航速并累计航程的一种水声导航仪器声导航仪器航海仪器（电）64一、测速原理一、测速原理 航海仪器（电）65一、测速原理一、测速原理 航海仪器（电）66一、测速原理一、测速原理 vsvs212sv21航海仪器（电）67二、特点二、特点 测速精度与声速无关；测速精度与声速无关； 可兼作测深仪使用。可兼作测深仪使用。 航海仪器（电）68转轮式航海仪器（电）69V水压式