多普勒计程仪一课件.ppt

1、航海仪器（电）1一、声波一、声波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20Hz；可闻声波：声源频率介于可闻声波：声源频率介于20Hz 20kHz；超声波：声源频率高于超声波：声源频率高于20kHz。航海仪器（电）2KEc1航海仪器（电）3 实际中，海水中的物理常数并不是常实际中，海水中的物理常数并不是常值，将随温度、含盐量和静压力等因素变值，将随温度、含盐量和静压力等因素变化而变化。其中，温度的影响最为显著。化而变化。其中，温度的影响最为显著。温度、含盐量和静压力等因素变化与温度、含盐量和静压力等因素变化与声速的关系如下表：声速的关系如下表：航海仪器（电）4 船用

2、水声仪器通常以船用水声仪器通常以1500m/s为标准设为标准设计声速。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/s）温度增加温度增加13.3含盐量增加含盐量增加11.5静压力增加静压力增加1 10-4Pa（水深增加（水深增加100m）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：衰减损耗：由于声能的吸收和散射共同作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

3、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

4、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DDDhHsctAMAO222222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

5、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：2000m 10000m航海仪器（电）14三、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。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：chT

6、max2T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。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，

7、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 A.磁致伸缩换能器：磁致伸缩换能器：镍，镍铁合金；镍，镍铁合金；B B.电致伸缩换能器：电致伸缩换能器：钛酸钡，锆钛酸钛酸钡，锆钛酸铅极化后得到压电陶瓷铅极化后得到压电陶瓷二、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磁致伸缩效应：已磁化的铁磁材料在磁场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

8、应的伸缩性形变的现象。缩性形变的现象。上述现象称为上述现象称为正向正向磁致伸缩效应磁致伸缩效应二、换能器二、换能器航海仪器（电）203.电换能器：电换能器：电致伸缩效应电致伸缩效应：已极化的介电材料在外力已极化的介电材料在外力的作用下，沿外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的上述现象称为电致伸缩效应电致伸缩效应。上述现象称为上述现象称为正向正向电电致伸缩效应致伸缩效应二、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：把声能集中在某一把声能集中在某一方向或接收某一方向方向

9、或接收某一方向回波最大值的特性。回波最大值的特性。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为为1015。多普勒计程仪多普勒计程仪 0为为1.53。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l保证船体强度和安全；保证船体强度和安全；l换能器发射面水平；换能器发射面水平；l发射面不能涂油漆；发射面不能涂油漆；l导线要距船首导线要距船首12 13船长的龙骨附船长的龙骨附

10、近；近；l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l闪光式闪光式l记录式记录式电气显示电气显示系统l数字式数字式l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

11、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结束航海仪器（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量程，其转盘的转速是不相同的，可通过变速箱进行转换。的，可通过变速箱进行转换。结束航海仪器（电）30返回航海仪器（电）31返回航海仪器（电）32返回航海仪器（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

12、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）36利用电磁感应原理来测量船舶航行时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。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：传感器：是将船舶相对于水流的是将船舶相对于水流的速度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

13、）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，输放大航速信号，输 出出 一个与航速成正比的直流信一个与航速成正比的直流信 号，送航速表指示相应的航速。号，送航速表指示相应的航速。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；显示航速和航程；指示器还具有指示器还具有200HZ/n mail航速脉航速脉冲的标准输出接口，可输至真运冲的标准输出接口，可输至真运动雷达和动雷达和ARPA等其它导航仪器。等其它导航仪器。航海仪器（电）40

14、l 种类：种类：平面式平面式导杆式导杆式三、传感器工作原理三、传感器工作原理航海仪器（电）41l结构结构：l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产生的感应电压为：压为：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

15、及其消除方法。航海仪器（电）44一、定义：一、定义：l利用多普勒效应原理制成的一种精密的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仪器。测量船速和累计航程的水声导航仪器。l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：l 在声源和接收者间有相对运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动时，接收者收到的频率与声源发射频率不同的现象叫发射频率不同的现象叫多普勒效多普勒效应应。航海仪器（电）46二、多普勒效应：二、多普勒效应：l 两者相互靠近时，接受到的两者相互靠近时，接受到的频率将升高频率将升

16、高。l 两者相互离开时，接受到的两者相互离开时，接受到的频率将降低频率将降低。航海仪器（电）47三、多普勒频移三、多普勒频移l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。l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l 同时多普勒频移同时多普勒频移f 的大小与的大小与声源频率声源频率f0、声源在介质中的传、声源在介质中的传播速度播速度C和声源与接收点之间的和声源与接收点之间的相对运动速度相对运动速度V有关：有关：l 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、

17、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）52l非线性误差非线性误差 33220cos2cos2cos21cvcvcvffrcos2cos21000cvffcvffrcos200cvffffr航海仪器（电）53l船舶摇摆与颠簸船舶摇摆与颠簸f0vvcosuusin航海仪

18、器（电）54l船舶颠簸船舶颠簸f0vvcosuusincuvffsincos20航海仪器（电）55l船舶摇摆船舶摇摆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普勒计程仪的优点 f0vuusinusincvfcuvfcuvffcos4sincos2sincos2000航海仪器（电）59l双波束多

19、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是应用相关技术处理水声信息，测量船舶航速并累计航程息，测量船舶航速并累计航程的一种水声导航仪器的一种水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转轮式返回航海仪器（电）69V水压式返回