船用倾斜仪
1.为什么用？
我国是一个海洋资源丰富的国家，伴随着大规模海洋的开发与探索，人类对海上船舶的安全可靠性提出了更进一步的要求目前在国内船舶领域，不论是客、货船还是科学考察船中对倾斜角度的测量手段，仍然沿用50年代、60年代的机械式产品，仅仅局限在摇摆角度的观察，不能自动记录和保存原始资料
船用电子倾斜仪能充分利用高科技现代化电子技术，实现多参数的采集、显示与数据自动处理并能实时地监测海上船舶航行的姿态，随时将船舶航行姿态的原始数据用电子显示和存储的形式保在为操作者及时的提供船舶航行的姿态数据，为其安全航行提供保障。同时对于测量船测量平台及海上载体等仪器设备的测量参数的准确性提供可靠依据。
2.工作原理，构成
主要技术指标
测量范围：士45°
测量精度：士1°
分辨率：0 1°
倾斜角度数字显示：（液晶显示) 2行16位
环境温度：-10~ +50°C
电源电压：交流电220V 50HZ
2 .1倾斜仪的硬件系统设计
( 1)船用电子倾斜仪属于智能化设备，对系统的整体性及可靠性要求很高，仪器核心选用8032单片机处理系统本系统每秒钟采集一组(二Y轴)2个数据，采集的数据经A。转换后，由单片机将一分钟采集的60组120个数据，按X轴、Y轴进行比较，选出其中每组的最大值、平均值，再根据需要送液晶显示。
( 2)本系统显示功能，分2行16字符，首行显示年、月、日，第二行显示当前二Y轴的倾斜角度倾斜角为每秒钟刷新一次，为便于夜间查看，显示器增加了背光照明。
( 3)由于该系统是在海上连续自动测量，所处环境比较恶劣，对仪器的可靠性要求比较严格，因此日历时钟选用美国DALLS公司DS 12887芯片，不受外界停电的影响;传感器选用美国的Accustar倾斜传感器，它具有测量精度高，坚固耐用的结构，非常适合环境要求苛刻的场合。其技术参数：
线性量程：士45°
分辨率：士0 .001°
测量精度：士0 .l%(满量程)
零点重复性测量:士0 .05°
( 4)该仪器面板上装有SP-M型微型打印机，按动打印按键，即可打印一天存储的数据作为硬拷贝。选用RS 232串口通讯方式，将其数据送入计算机网络中实现数据资料共享
2 .2 系统结构及原理
船用电子倾斜仪的组成：倾斜传感器、A/D心转换、单片机控制系统、数据传输系统、M PL 162680C背光液晶显示器、SP -M微型打印机、电源及数据处理软件系统。
系统原理见图1
图一测量系统结构示意图
(1）传感器基于电容原理，无可动部件的敏感器件，当绕其敏感轴旋转时，敏感器件的电容值发生线性变化，输出模拟量，再经放大器将信号放大，以模拟量的形式输出。该传感器安装在船舶的纵、横轴的交点处
( 2)由A/D转换模块完成传感器模拟电压量的数字转化，本系统采用MAX 197A/D。模块，设有8通道，12位A /D转换。
2 .3单片机控制系统
控制系统主要包括8032系统存储系统时钟系统液晶显示及通讯系统。
倾斜测量系统中采用DS 12887系统提供日历时钟信号。时钟的调整由面板上的功能键完成而显示系统则采用M PL 16268C两行16字符的点阵液晶显示器，该显示器分为两行，上一行显示当前时间，下一行则显示二Y方向当前的船舶动态倾斜角度或平均倾斜角度选用SP -M系列面板嵌入式微型打印机，该仪器的打印设计成可控型，当需要打印时，通过专用按键指令实现。
3.技术特征与创新
3.1利用先进电子技术，替代原始的摆锤式机械倾斜测量手段
通过固定在船舶中心位置传感器的内部变化原理，将其信号经电缆传递到主板，再通过A/D模数转换，将双极性的模拟量转换为数字量，由电子线路的控制实现数据自动采集及处理，将其转化为角度值输出显示使倾斜角度测量手段提高了一个档次。
3.2采用SRAM存储方式，保存原始数据
为了保证存储数据可靠及提取数据方便，该系统采用SRAM存储方式，其存储量为128K，存储器存储每间隔1小时的动态最大倾斜数据和静态平均倾斜数抵用户。在任何时间都可以方便的提取原始数据。
3 .3采用双轴基准调整机构满足全方位测量
单轴倾角测量传感器在各仪器中应用较广泛，实现起来也比较容易，而双轴测量实现起来难度就很大，特别作为海上的船舶及载体，其运动方式则是以三维动态变化的，要想跟踪并掌握船舶变化的规律，必须采用多方位测量，由此我们设计的双轴基准调整机构，很好地满足海上载体的变化，准确的显示载体在海上的变化规律。
目录 第一篇船用陀螺罗经 第一章陀螺罗经指北原理 (1) 第一节陀螺仪及其特性 (1) 第二节自由陀螺仪在地球上的视运动 (7) 第三节变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法 (9) 第四节摆式罗经等幅摆动和减幅摆动 (14) 第五节电磁控制式陀螺罗经 (20) 第六节光纤陀螺罗经 (21) 第二章陀螺罗经误差及其消除 (24) 第一节纬度误差(latitude error) (24) 第二节速度误差(speed error) (25) 第三节冲击误差(ballistic error) (28) 第四节其他误差 (30) 第五章磁罗经 第一节磁的基本概念 (61) 第二节船用磁罗经 (64) 第三节磁罗经的检查、保管与安装 (66) 第四节船正平时的自差理论 (68) 第五节倾斜自差理论 (75) 第六节罗经自差校正 (77) 第七节自差的测定和自差表计算 (83) 第二篇水声导航仪器 第六章回声测深仪 (86) 第一节水声学基础 (86) 第二节回声测深仪原理 (87) 第三节回声测深仪误差 (89) 第四节IES-10型回声测深仪 (91) 第七章船用计程仪 (94) 第一节电磁计程仪 (94) 第二节多普勒计程仪 (96) 第三节声相关计程仪 (99)
第一篇 船用陀螺罗经 第一章 陀螺罗经指北原理 陀螺罗经是船舶上指示方向的航海仪器。其基本原理是把陀螺仪的特性和地球自转运 动联系起来，自动地找北和指北。描述陀螺罗经指北原理所涉及的内容用式（1－1）表示: 陀螺罗经=陀螺仪+地球自转+控制设备+阻尼设备 （1－1） 第一节 陀螺仪及其特性 一. 陀螺仪的定义与结构 凡是能绕回转体的对称轴高速 旋转的刚体都可称为陀螺。所谓回 转体是物体相对于对称轴的质量分 布有一定的规律,是对称的。常见的 陀螺是一个高速旋转的转子。回转 体的对称轴叫做陀螺转子主轴,或 称极轴。转子绕这个轴的旋转称为 陀螺转子的自转。陀螺转子主轴相 当于一个指示方向的指针，如果这 个指针能够稳定地指示真北，陀螺 仪就成为了陀螺罗经。 如图1-1所示，一个陀螺用一 个内环（视其水平放置，也可称水平环）支承起来，在自转轴（主轴）水平面内，与主轴 相垂直的方向上，用水平轴将内环支承在外环（垂直环）上，而外环则用与水平轴相垂直 的垂直轴支承在固定环及基座上。把高速旋转的陀螺安装在这样一个悬挂装置上,使陀螺主 轴在空间具有一个或两个转动自由度,就构成了陀螺仪。可以看出高速旋转的转子及其支承 系统是构成陀螺仪的两个要素。 实用罗经中，陀螺仪转子的转速都是每分钟几千转到每分钟几万转。陀螺仪的支承系 统应具有这样的特点，即它应保证主轴在方位上指任何方向，在高度上指示任何高度，总 之，能指空间任何方向。由此，我们可以将陀螺仪概述为：陀螺转子借助于悬挂装置可使 其主轴指空间任意方向，这种仪器就叫陀螺仪。 实用陀螺仪，其转子、内环及外环等相对主轴、水平轴以及垂直轴都是对称的，无论 几何形体或质量都是对称的。重心与几何中心相重合的陀螺仪称为平衡陀螺仪。不受任何 外力矩作用的陀螺仪称为自由陀螺仪。工程上应用的都是自由陀螺仪。陀螺仪的转子能绕 一个轴旋转，它就具备了一个旋转自由，也就是具有一个自由度。像图1-1所示的陀螺仪，1－转子；2－内环；3－外环；4－固定环；5 －基座 图1－1
上 海 海 事 大 学 试 卷 国家海事局三副适任证书统考 《 航海仪器 》（模拟卷） 参考答案 <1> 何谓自由陀螺仪( )。 A ．重心与其中心相重合的三自由度陀螺仪 B ．主轴可指向空间任意方向的陀螺仪 C ．不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪 D ．高速旋转的三自由度陀螺仪 <参考答案>c <2> 在垂直于陀螺仪主轴方向上加外力矩，陀螺仪主轴将产生进动，其进动角速度( ) A ．外力矩成正比，动量矩成正比 B ．外力矩成反比，动量矩成反比 C ．外力矩成正比，动量矩成反比 D ．外力矩成反比，动量矩成正比 <参考答案>c <3> 三自由度陀螺仪在高速转动时，其主轴将指向( )，若在垂直主轴方向上加外力矩，主轴将( )。 A ．空间某一方向，产生进动 B ．真北，指向真北 C ．空间某一方向，保持指向不变 D ．A 和C 对 <参考答案>A <4> 在北纬自由陀螺仪主轴相对于午面向东做视运动，这是由于( )作用。 A 地球自转角速度 B ．地球自转角速度的水平分量 C ．地球自转角速度的垂直分量 D ．主轴高速旋转的角速度 <参考答案>c <5> 若在赤道上，陀螺仪主轴位于子午面内，随地球自转罗经主轴指北端将( )。 A ．向东偏 B ．向西偏 C ．保持在子午面内 D ．保持一定的高度角 <参考答案>c <6> 陀螺罗经必须具有控制力矩，其作用是( )。 A ．克服陀螺仪主轴在高度上的视运动 B ．消除纬度误差 C ．克服陀螺仪主轴在方位上的视运动 D ．消除速度误差 <参考答案>c --------------------------------------------------------------------------------------装 订 线------------------------------------------------------------------------------------
附录A 汽车操纵稳定性（回转角速度）示值误差测量结果的不确定度分析 A.1 测量方法 用本规范规定的测量方法如正文6.2.2所述。 A.2 数学模型 回转角速度示值误差 10 00-=-=ωωωωωδ （A1） 式中：δ——被校回转角速度示值误差； ω——被校回转角速度示值，（?/s ）； 0ω——校准装置标准值，（?/s ）。 A.3 方差和灵敏系数 c 1=eδeω=1ω0; c 2=eδeω0=?1 ω02 （A2） μ2(δ)=(1ω0)2×μ2(ω)+(?1 ω02)2×μ2(ω0) （A3） A.4 输入量的不确定度来源 （1）被校回转角速度示值（测量结果重复性） ()A u u =???? ? ??ωω101（A4） （2）被校回转角速度示值（数显量化误差） ()1201u u =???? ? ??ωω（A5） （3）校准装置准确度引入误差 ()2020u u w =??? ? ??-ωω（A6） A.5 输入量的标准不确定度评定 （1）被校回转角速度示值（测量结果重复性）的标准不确定度分量评定 被校回转角速度示值ω估计值的不确定度主要来源于回转角速度的测量结果重复性及数显仪器的示值量化误差。测量结果重复性可以通过连续测量得到的
测量列，采用A 类方法进行评定。 在被校回转角速度及校准装置正常工况条件下，校准装置显示值为50.0（?/s ），被校回转角速度等精度重复测量10次，单次实验标准差()i s ω s (ωi )=√∑(ω1?ω?)2n?1=0.15（?/s ） 实际测量时，在重复条件下连续测量3次，以3次测量的算术平均值作为测量结果，则可得标准不确定度分量为： μ1(ω)=s (ωi )√3?=0.09(°) （2）被校回转角速度示值（数显量化误差）的标准不确定度分量评定 被校回转角速度的分辨力为0.1（?/s ），其量化误差以等概率分布（矩形分布）落在宽度为0.1（?/s ）/2=0.05（?/s ）的区间内。其引入的标准不确定度分量为： ()029.03/05.02==ωu （?/s ） （3）校准装置准确度引入的标准不确定度分量评定 标准装置的示值误差±0.1°/s ，取回转角速度示值为50.0?/s 计算，误差为0.1°/s 。按均匀分布计，引入的标准不确定度分量为： μ(α0)=0.1√3?=0.06(°/s) A.6 输出量的标准不确定度分量一览表
SKIPPER ED-162型回声测深仪的使用 SKIPPER ED-162型回声测深仪是南京新吉坡船用电子有限公司的产品，其主要特点是整机结构简单，体积小，由显示器和换能器两部分组成（如右图所示）。 发射和接收换能器共用，采用压电陶瓷材料制成；本机采用先进电子技术，测深精度高。量程选择为电子量程转换，从而克服了浅水量程档由于时间电机转速不稳而产生的模拟记录误差。 在数字显示电路中，应用了相关信号处理技术，从而提高了对杂波信号的抗干扰能力和数字显示的可靠性；本机具有两种显示方式，即模拟记录显示和数字显示。两种方式可以同时工作，也可以只用一种显示方式工作。 1）主要开关旋钮名称及作用 SKIPPER ED-162型回声测深仪显示器如右图所示。 ①电源/增益旋钮（power/gain control）：接通显示器电源并调节水深显示增益。 ②照明旋钮（illumination control）：调节记录显示和面板照明亮度。 ③量程选择与记录器开关（measurement range selector and recorder switch）：选择显示方式和显示方式的档次。 ④报警深度预置（preselection of warning depth）：使用数字键预置报警水深数据。 ⑤记录纸速度控钮（record paper speed control）：在1.2～12m/min范围内调节记录纸移动速度。 ⑥时间增益控钮（TVG）：抑制浅水回波的接收增益，并随水深的增加而逐渐增加。 ⑦定位标志按钮（fixing mark key）：在记录纸上标记读取的水深刻度位置。 ⑧深度报警开关（alarm of depth switch）：开关报警器。 ⑨零位线调节（zero line adjuster）：调节记录零点。 ⑩电源选择开关（power selector switch）：选择交流电源或直流电源。 1-电源/增益控制；2-照明旋钮；3-量程选择与记录器开关；4-报警深度预置；5-报警深度显示；6-深度数字显示；7-面板开启按钮
智能垂直载压测试仪 适用于塑料瓶、饮料瓶、易拉罐、药用瓶、复合罐等垂直载压强度、顶压变形、瓶体耐压、测压强度等性能测试。技术特征 ★微电脑控制、菜单式界面、PVC操作面板、以及大液晶屏显示 ★计算机控制系统，微电脑控制系统可切换 ★无级变速调整试验速度,可实现1-500mm/min速度内各种试验 ★限位保护、过载保护、自动回位、以及掉电记忆等智能配置，保证用户的操作安全
★具有参数设置、打印、查看、清除、标定等多项功能 ★试验数据计算机存储，多形式调档查询 ★专业操控软件提供了成组试样统计分析、试验曲线叠加分析、以及历史数据比对等多种实用功能 ★专业测试软件，标准RS232接口，网络传输接口支持局域网数据集中管理与互联网信息传输 测试原理 将试样装夹在夹具的两个夹头之间，两夹头做相对运动，通过位于动夹头上的力值传感器和机器内置的位移传感器，采集到试验过程中的力值变化和位移变化，从而计算出试样耐压强度性能指标。 大液晶控制器 专业测试夹具
技术参数 规格 500N 1000N 1500N（可选） 精度 1级 试验速度 1-500mm/min无级调速 位移精度±2% 试样直径≤150 mm 试样高度≤600mm 主机外形尺寸 450mm×300mm×1350mm(长宽高)重量 78kg 环境温度 23±2℃ 相对湿度最高80%，无凝露 工作电源 220V 50Hz 标准 GB/T 17200、QB/T 1868、GB/T10440、QB 2357、QB/T 2665，ASTM D882 配置 主机、耐压夹具、专业软件、通信电缆
专业的测试软件
目录 第一章回声测深仪概述 (2) §1.1 回声测深原理 (3) §1.2 水底信号识别技术 (3) 第二章 HD-360便携式测深仪 (6) §2.1 性能指标及特点 (6) §2.2 配置 (7) §2.3 面板操作 (8) 第三章 HD-310/HD-370/HD-380测深仪 (13) §3.1 性能指标及特点 (13) §3.2 配置 (15) §3.3 安装连接图 (15) §3.4 测深主界面 (17) §3.5 参数及环境设置 (20) §3.6 开始测深（或记录） (25) §3.7 回放、查找和打印 (25) §3.8 水深输出格式 (26) §3.9 定标控制 (27) §3.10 使用机内海洋测量软件 (28) 第四章 HD-390多探头多波束测深仪 (31) §4.1 性能指标和特点 (31) §4.2 配置 (32) §4.3 测深主界面 (34) §4.4 参数及环境设置 (35) §4.5 使用机内多波束海洋测量软件 (37) 第五章水深测量资料后处理 (41) §5.1 动态吃水和测深仪改正准备 (41) §5.2 原始采集水深取样 (42) §5.3 水位改正 (43) §5.4 数据格式转换 (44) 附件：系统恢复说明 (44)
第一章回声测深仪概述 海洋声学仪器发展迄今为止，出现突飞猛进的技术飞跃，国际上推出许多先进的海洋声学设备，如：多波束海底成像系统、侧扫声纳、浅层剖面仪、水下声标应答器等等，而测深仪只是声学仪器家族中最常用的一种设备。目前国际上大多型号的测深仪还是采用机械记录针式或热敏记录方式。丹麦的E-sea sound率先采用了数字成像测深仪，但价格昂贵（每台售价双频机在30万人民币以上），而且只能存储30分钟的图像数据。国内目前使用最多的测深仪还是机械记录针式的，体积大，功耗大，故障率高。中海达公司经过多年的研究，率先推出HD-17/HD-18/HD-20型数字成像式测深仪，把打在记录纸上的模拟信号，用数字化图像的方法显示出来，并可以存贮，事后可随时回放和打印，用先进数字处理的方法捕捉水底回波信号，既精度高，又稳定可靠,用电子闪存，可存储50-100小时的记录图像数据，还配有USB存储盘，随时可将数据导出。中海达公司同时还推出了HD-16型轻巧工程测深仪，应该是目前最轻巧的测量型测深仪。虽然它只显示和输出水深无图像记录，但所得到的水深也是经过复杂的数字处理的，精度高而又可靠。中海达测深仪是目前国内商品化测深仪中最先进的测深仪。 2004年底中海达推出第二代HD-2（X）系列测深仪，第二代测深仪比第一代测深仪性能更加完善。 2007年２月中海达推出了第二代HD-2（X）T升级系列测深仪，测深仪CPU更稳定、系统保护更全面、反应速度更快、数据吞吐量大等改进，更加适合外业人员的操作。 HD3(X)0中海达公司在HD-2X系列的成功基础上，开发出的第三代全新数字化测深仪---HD3(x)0. HD3(x)0测深仪融合最尖端测深技术，引入先进的混频技术，是目前国内唯一具有高频混频电路技术的测深仪，这就减少由于换能器蜂鸣产生的表面噪音和增强回声强度。HD3(x)0默认配置200KHz/20Khz频率的换能器，适合大多数海测工程的测量需求，并且客户可以根据水环境定制不同频率的换能器。HD3(x)0测深仪根据声纳在水中的传输特性设计出完美的TVG曲线，用户在测深时可根据不同环境调整TVG曲线，从而优化测深精度，并有效地解决了浅水测深的难题。
测深设备 - 正文 测量水深的航海仪器，也是进行水道测量所必备的工具。 测深锤源于原始的水深测量工具测深杆（俗称花杆）。把测深杆垂直插入水中触及水底，观测杆上的深度标记即可得知测点的水深。测深杆仅适用于浅水水域。用系铅锤的绳索代替竹竿，绳索上以不同颜色的标记表示深度，称为测深锤，又称水砣，沿用至今已有2000年的历史。在船舶上，测深锤一般适用于测量30米内的水深，当船舶静止时，可达60米。 机械测深机1878年，W.汤姆森根据水深与压力成正比的原理，制成机械测深机。它在接近铅锤处的钢索上系上测深玻璃管，内涂遇海水变色的化学品，开口端向下，当铅锤触及海底时，在水压作用下，海水进入管内，根据玻璃管变色的长度，可知水深。它的测量深度可达180米左右，但误差较大,且受航速和气象条件的影响。 回声测深仪1918年，法国物理学家P.郎之万利用声波在水中传播的速度基本恒定的特性，发明了回声测深仪。这种仪器测量速度快，准确度高，可在极短的时间内，连续得到多测点的深度，基本上达到联点成线的要求，可进行线测深。 回声测深仪是目前测量水深使用最广的一种设备，由发射器、发射换能器、接收换能器、接收器、显示器和电源装置组成。显示器按显示水深的方式，分为指针式、闪光式、记录式、数字式和图象式等。一部回声测深仪可具有一种或数种显示方式。为确保船舶安全航行和便于读取水深，显示器部分可增设浅水警报装置和换能器深度修正装置。声波在水中传播是有损耗的。因此船用回声测深仪的工作频率、最小作用深度和最大作用深度等技术指标，应视测深仪的测量使用范围而异。通常，工作频率选取在14～200kHz 左右（深水用低档，浅水用高档）。高频最小作用深度可达0.1～0.3米；低频最大作用深度可达万米。
实验一测深仪的认识和使用 一、目的与要求 (l）了解测深仪测深的原理和方法。 (2）掌握应用测深仪测量水深的过程和步骤。 二、计划与设备 （1）实验时数安排为4学时，每4-5个人一个实验小组。每个实验小组操作测深仪一台。 （2）实验最好在室外水池（塘）进行，如果有条件可以在室内水槽模拟进行。 三、方法与步骤 1、连接测深仪和换能器，将GPS接收机、信标机连接到测深仪。 图 1 换能器安装图
图2 测深仪背部连接端口 将换能器置入水中，如水深度控制在0.5m左右，连接安装完毕后，连接上电源（直流或交流都可），打开主机背面的开关，系统开始启动，启动完毕后自动进入测深软件界面，如图3为单频测深时的界面，如图4为双频测深时的界面： 图3 单频测深界面
图4 双频测深时的界面 2、参数及环境设置 按“设置”按钮出现修改参数设置对话框，如图5： 吃水：0～9.9米 声速：1300 ～1700米/秒，对于浅水测量时可以简便使用单一声速来校准，根据比对的水深或温度、盐度计算声速（见图3-12），严密的测量方法要根据《测量规范》的要求进行。发射脉宽用于控制发射脉冲的宽度，“自动”时将根据不同档位使用不同的发射脉宽。 底面坡度选择用来控制时间门：“普通”的时间门宽度为深度的5%；“陡坡”的时间门宽度为深度的10%；“峭壁”的时间门宽度为深度的15%； 发射功率：自动、高、中、低。自动档时：当水深为0—10米时，使用“低功率”；当水 图5 参数设置 深为10—20米时，使用“中功率”；当水深为大于20米时，使用“高功率”； 信号门槛：抑制小幅度干扰信号的门槛值，分为10档，最大时为信号满幅度的60%，浅水可设大一些，深水要设小一些。 增益控制：当关闭自动增益时，可调节滑动棒来调节增益，也可在主界面中调节。当打开自动增益时，系统根据自动增益方案，自动控制增益，自动增益方案由“高级”中设置，如图6。当使用“根据深度”来调整增益的方案时，右边的浅水增益和TVG将被采用，调整好“潜水增益”值有利于2米以内的浅水回波跟踪，
第二章船用回声测深仪 回声测深仪（echo souder ）是利用超声波在水中传播的物理特性而制成的一种测量水深的水声导航仪器。在航海上，船用回声测深仪的主要用途是： 1．在情况不明的海域或浅水航区航行时，测量水深以确保船舶航行安全。 2．在其他导航仪器失效的特殊情况下，可通过测量水深来辨认船位。 3．用于航道及港口测量方面，提供精确的水文资料。 4．现代化多功能的船用测深仪还可实现水下勘测、鱼群探测跟踪等功能。 第一节水声学基础 一、声波及其物理特性 声波（sound wave）是由机械振动产生的，声能是机械能的一种。声波的产生离不开两个因素，即声源和弹性介质。 声源是振动的物体，如振动的音叉和声带。弹性介质是声波传播的媒介，如空气、水等都可传播声波。将一个振动的物体置于弹性介质中，在其周围的介质质点必然随之振动并产生位移，在流体介质空间则形成介质疏密的变化状态，并以波动的形式向外传播，这种质点振动的传播即称之为声波。 质点每秒钟振动的次数称为声波的频率?，频率的单位为赫兹（Hz）。 声波的频率低于20Hz，称为次声波，人耳听觉无法辨别。声波频率在20Hz～20KHz 之间的，称为可闻声波。超过20KHz以上的，称为超声波。回声测深仪及后面要介绍的多普勒计程仪、声相关计程仪等水声仪器使用的均为超声波。 声波在介质中传播的物理特性可归纳为如下几点： 1．声波在同一种介质中的传播速度基本恒定，在不同的介质中传播速度不同； 2．声波在水介质中的传播途径为直线； 3．声波传播经过不同介质时，将产生反射、折射、散射和绕射等物理现象； 4．声波在介质中传播，由于扩散和吸收的作用，声波的能量将逐渐衰减。 二、声波在海水中的传播速度 根据物理学知识，声波在介质中的传播速度的大小与声波的振动频率无关，只取决于介质本身的物理参数，即介质的密度ρ和介质的弹性系数E。因此，声波在海水中的传播速度将取决于海水的密度及弹性系数。而这两个参数不是常数，它们随着海水的温度（t）、含盐量（δ）和静压力（P）的变化而变化，其中尤以温度变化的影响最为显著。显然，声波在海水中的传播速度并非一个常量，它一般需要通过大量的实测数据进行分析计算得到。 为了统一口径和简化设计，船用水声导航仪器如回声测深仪、多普勒计程仪和声相关计程仪等通常以1500m/s作为标准声速。 三、声波的传播损耗和混响 声波在海水中传播过程中因反射、折射、散射和吸收等现象，会使来自声源的能量随着时间和空间的推移而逐渐减弱，这种声能减弱的现象称为传播损耗（attenuation）。
测深仪的误差分析 科目航海仪器（测深仪）
1．引言 2．测深仪的工作原理 3．测深仪测量误差的分类及分析修正 4．影响测深仪工作的其他因素 5．结束语 摘要 回声测深仪是一种水深测量仪器仪，其功用是用来测量舰船所在海域的水深。通过分析回声测深仪的基本工作原理，研究影响其测深精度的因素，并提出了校正方法，目的是确保仪器更好地发挥作用。
现在它已广泛地应用于航道勘测、水底地形调查、海道测量、船只导航定位等方面。 【关键词】回声测深仪；工作原理；误差分析；修正方法 1、引言 回声测深仪是测量超声波信号自发射经水底反射至接收的时间间隔，以确定舰船所在海域的水深的一种水声仪器，即测量船底到海底之间的距离。在航海上，回声测深的用途是：舰船在情况不明的海域或狭水道航行时，用测量水深确保舰船安全航行；在能见度不良或其它导航仪器失效时，用测量水深来辨认船位；对海域水深精密测量，提供确保舰船安全航行的水深资料。因此，回声测深仪是一种重耍的航海仪器，对保证舰船的机动和安全航行具有重要的意义。 2、基本工作原理 回声测深仪是利用测量超声波从发射至被反射接收的时间间隔来确定水深的。 测量水深的原理如图所示，在船底装有发射超声波的发射换能器和接收超声波的接收换能器，发射换能器与接收换能器之间的距离为S，S称为基线。发射换能器以间歇方式向水下发射频
率为20~200kHZ 超声波脉冲，声波经反射后一部分能被接收换能 器接收。如图所示，只要测出声波自发射至接收所经历的时间就 可由下列公式求出水深。 公式：1、测深原理： t ct d s d h 75021 )2(2 2==≈ -= 实际水深：H ＝Ｄ＋ｈ
第三节回声测深仪（echo sounder） 一、回声测深原理 1.水声学有关知识 声波(acoustic wave) 声源(acoustic source)。 声波三个频率段： 20Hz以下的声波称为次声波(infrasonic wave)； 20Hz~20KHz称为可闻声波(voiced wave)； 20KHz以上的称为超声波(ultrasonic)。 频率高、抗干扰性好，被水声仪器广泛利用； 同一种均匀理想介质中恒速传播、直线传播； 在两种不同的介质面反射、折射或散射传播。 超声波在水中的传播速度 我国采用的计算公式：C = 1450+4.06t-0.0366t2+1.137(σ-35)+··· 国际威尔逊计算公式：C = 1449.2+4.623t-0.0546t2+1.391(σ-35)+··式中t为水的度温； σ为水的含盐度； 在公式的省略项中还含有水的静压力的因素。 回声测深仪测深原理中，超声波在水中的传播速度取值为1500m/s。 影响超声波在水中传播速度的因素： 水温每增加1?C，声速约增加3.3m/s； 含盐度每增加1‰，声速约增加1.2m/s； 水深每增加100m，声速约增加3.3m/s。 其中， 水深的变化引起的静压力和温度的变化，所造成的声速变化值几乎相互抵消。 三个因素中，水温的变化对声速的影响最大，需要进行“补偿”。 超声波在水中传播时的能量损耗：吸收损耗和扩散损耗。 超声波在传播过程中受到的干扰： 海洋生物、海水运动、船舶本身等产生的海洋噪声干扰； 海水对超声波多次反射形成的混响干扰。
2.回声测深原理 在船底安装发射超声波的换能器(transducer)A 和接收反射回波的换能器B 回声测深仪的测深原理公式： 水深：H = D + h h ：船底到海底的垂直距离； D ：船舶吃水。 h=MO=(AO)2-(AM)2 =2 22121(）（）S Ct - 若使S →0，则S 2 = 0， 那么： h = 2)2 1(Ct =12 Ct =750t 测深原理：将超声波在水中的 传播速度C 作为已知恒速，换能器 基线S 看作零，通过测量超声波往 返海底的时间t ，计算求得的水深h 。 原理缺陷：水深精度将受到超 声波在水中传播速度C 变化的影响和换能器基线S 不为零的影响。 二、回声测深仪组成及各部分的主要作用 1.回声测深仪组成及作用 1）显示器(display unit) 显示系统、发射系统(transmitting system)和接收系统。 显示系统(display system)：脉冲产生器(pulse generator)以一定的时间间隔产生触发脉冲，控制计时器开始计时和控制发射系统 发射系统(transmitting system)：产生具有一定功率和宽度的电脉冲，推动发射换能器工作。 触发脉冲器：机械触发、电磁触发、光电触发和数字触发器。 其中光电触发器使用较多，数字触发器比较先进。 接收系统(receiving system)：将来自接收换能器的海底回波信号，经放大处理后，控制测量显示系统计算出所发射的超声波脉冲往返船底与海底之间的时间t ，并按测深原理公式计算出船底到海底的水深（垂直距离），以一定的方式显示。 显示方式(display mode)：闪光式(flashing mode)（转盘式）、记录式(record mode)、数字式(digital mode)等。 闪光式显示比较直观、易读取，不能保留水深数据，且存在零点误差和时间电机转速变 图2-1-57
回声测深仪误差 学员十一队一班二组 作者：朱东波杨波陈佳骏钱辉熊勇林 【摘要】回深测深仪是一种水深测量仪器,用以测定舰船所在海域的水深,即测量船底到海底之间的距离,对保证舰船的战术机动和航行安全具有重要的作用。本文主要研究回声测深仪的原理及基本组成，回声测深仪误差种类及各误差分析，回声测深仪误差修正。 【关键字】回声测深仪误差分析修正方法 【正文】 一、回声测深仪 1、回声测深原理 回声探测仪是利用测量超声波从发射至被反射接收的时间间隔来确定水深的。 由下列公式求出水深： H=D+h=D+ =D+
式中：H为水面至海底的深度；D为船舶吃水；h为测量水深；S 为基线长度；C为声波在海水中的传播速度，声波在海水中的标准声速取1500m/s;t为声波自发射至接收所经历的时间。若换能器是收发兼用换能器，即AB=S=0，取C=1500m/s,则测量水深h 可表示为h=0.5Ct=750t。 2、回声测深仪的基本组成 显示器:是整机的中枢，其作用是控制协调整机工作，测量声波往返时间并控制换算成水深加以显示。 发射系统（transmit system）:将显示器的发射指令变为一定脉冲宽度、频率和输出功率的电振荡脉冲去推动发射换能器工作。发射换能器:将电振荡信号转变为机械振动信号，即将电能转换成声能，形成超声波信号向海底发射。 接收换能器:作用与发射换能器正好相反，它将从海底反射来的声波信号转变为电振荡信号，即将声能转变为电能。 接收系统（receiver system）：将来自接收换能器的回波信号加以适当地放大、选择和处理，变换为适合显示器所需的回波脉冲信号。 电源设备:通常为机器内部的电源或专用的变流机，目前大多数测深仪都可直接接船电工作。
船用测深仪安装和检修 摘要：文中介绍了船用回声式测深仪的工作原理、安装要求，并针对 测深仪的安装检修中碰到的问题，结合多年对测深仪的安装、维护、 修理的经验，实行总结归纳，以便今后工作的查询。 关键词：测深仪；回声式；换能器；型号；安装注意事项；常见故障；水深模拟器； 一、测深仪的概述 1.测深仪在航海上的作用 测深仪（echosounder）是测量超声波信号自反射经水底反射至接受 的时间间隔,用以确定水深的一种仪器.在航海上,测深仪的用途是： (1)船舶在情况不明的海域或狭窄水道航行时,测量水深以确保航行安全; (2)在能见度不良或导航仪器失效时,用测量水深来辨认航位; (3)对海域的水深实行精密测量,提供确保船舶安全航行的水深资料. (4)现代化多功能的船用测深仪还可实现水下勘测、鱼群探测跟踪等 功能 所以,测深仪是一种重要的航海仪器. 2.回声测深仪原理 回声测深仪是利用测量超声波自发射至被反射接收的时间间隔来确定 水深的。 测量水深的原理如图6-1所示。在船底装有发射超声波的发射换能器 A和接收超声波的接收换能器B，A与B之间的距离为S，S称为基线。发射换能器A以间歇方式向水下发射频率为20-200KHz的超声波脉冲，
声波经海底发射后一部分能量被接收换能器B接收。从图6-1知，只 要测出声波自发射至接收所经历的时间，就可由下列公式求出水深： （6-1） 式中：H为水面至海底的深度；D为船舶吃水；h为测量水深；S为基 线长度；C为声波在海水中的传播速度，标准声速为1500m/s；t为声 波自发射至接收所经历的时间。 显然，只要测出时间t,即可求出水深H，若换能器是收发兼用换能器，即AB=S=0，取C=1500m/s, 则测量深度h可表示为： （6-2） 回声测深仪整机方框图及工作过程： 回声测深仪的整机方框图如图6-2所示。 显示器是整机的中枢，其作用是控制协调整机工作；测量声波往返时 间并将其换算成水深加以显示。 发射系统将显示器的发射指令变为一定脉冲宽度、频率和输出功率的 电振荡脉冲去推动发射换能器工作。 发射换能器将电振荡信号转变为机械振动信号，即将电能转换为声能，形成超声波信号向海底发射。 接收换能器的作用与发射换能器正好相反，它将从海底反射来的声波 信号转变为电振荡信号，即将声能转换为电能。 接收系统的作用是：将来自接收换能器的回波信号加以适当地放大、 选择和处理，变换为适合显示器所需要的回波脉冲信号。 电源设备通常为机器内部的电源或专用的变流机，当前绝绝大多数测 深仪都可直接接船电工作。
<题目> 船用回声测深仪在设计制造时，以( )米／秒作为标准声速，对水中声波影响最大的是( )。 A．330，温度B．1500，含盐量C 330，含盐量D．1500，温度 <参考答案>D <题目> 因声速与( )，所以声波在水中的传播速度主要取决于海水表层水温含盐量。 A．水温，水压力和含盐量成正比 B．水温，水压力和含盐量成反比 C 水温，水压力成正比，与舍盐量成反比 D．以上均错 <参考答案>A <题目> 下列( )因素与声波在海水中的传播速度无关。 A．声源的振动频率B．海水的温度 C．海水含盐量D．海水静压力 <参考答案>A <题目> 船用回声测深仪采用超声波进行测深，其主要优点是( )。 A．传播速度高B．能量损耗小 C．抗可闻声干扰性好D．绕射性强 <参考答案>C <题目> 通常随海水深度的增加将引起海水压力的增加和温度的降低，二者引起声速的变化( )。 A．使声速增大B．使声速减少 C 几于相互抵消D．以上均不对 <参考答案>C <题目> ( )样的海底底质对超声波反射能力最差。 A．淤泥B．岩石C．碎D．沙 <参考答案>A <题目> 回声测深仪的测量深度与( )因素无关。 A．发射触发重复周期B．触发脉冲宽度 C 发射功率D．发射触发方式 <参考答案>D <题目> 磁致伸缩接收换能器，在初次使用前或较长时间没有使用，必须对其进行( )，否则，测深仪不能 正常工作。 A．滞化B．磁化C．极化D．激化 <参考答案>B <题目> 测深仪换能器的工作面不能涂油漆，是因为油漆( )，会影响测深仪正常工作。
A．腐蚀换能器的测深工作面 B．对换能器工作面起隔离作用 C 使换能器工作面及其周围形成汽泡 D．对声能的吸收很大 <参考答案>D <题目> 测深仪换能器的安装位置，一般应选择在( )。 A．靠近机舱处B．船中向后(1／2~1／3)船长处 C．距船首(1／2~1／3)船长处D．靠近船首处 <参考答案>C <题目> 下述有关回声测深仪的说法中，( )是不正确的。 A．测深仪的最小测量深度取决于发射脉冲宽度 B．风浪大，船舶摇摆剧烈时将无法进行测深 C．浅水测深时，应以回波信号带的后沿读出水深 D．船舶长期停泊，应每隔半个月对测深仪通电一次 <参考答案>C <题目> 回声测深仪测量的最大深度所对应的超声波往返时间t与发射脉冲重复周期T有下面的关系时才能 正确显示深度——。 A．t