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）。
传播损耗有两种，即衰减损耗和扩散损耗。衰减损耗是声波的反射、折射、散射和吸收共同作用的结果；扩散损耗是因声能的直接扩散所引起的。
混响（reverberation ）是指声源停止反射后收到的来自海水中各种散射波的总和。根据海洋中的散射体所处位置不同将混响分为海面混响、体积混响和海底混响三种。海面混响的散射体位于海水表面或靠近海面层的各种海生物、悬浮颗粒、气泡等；体积混响的散射体位于海水中层；海底混响则位于海底或海底附近。
混响对于水声仪器而言是一种干扰，尤其是混响发生在靠近声源和接收点时，当混响的信号足够大时，将淹没目标的反射回波。混响也有其可被利用的有利方面，如在深水情况下，体积混响则被某些计程仪用来测量船舶相对于水层的速度。
第二节 回声测深仪原理
一、回声测深原理
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： 2222)2
()2(s ct D AM AO D h D H -+=-+=+= （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=1500 m/s,则测量深度h 可表示为：
t ct h 7502
1==
（6-2） 二、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图6-1 图6-2
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，目前大多数测深仪都可直接接船电工作。
回声测深仪的工作过程可以由工作时序图（图6-3）予以描述：
显示器内的发射触发器按
一定时间间隔T （称为脉冲重复
周期）产生触发脉冲，该脉冲触
发发射系统产生一定宽度τ（称
为脉冲宽度）和一定输出功率的
电振荡发射脉冲。发射换能器将
电振荡发射脉冲转变为频率为
20～200KHz 的超声波脉冲向海
底发射。在发射同时，显示器将
产生与发射脉冲同步的零点信
号，表示计时开始。接收换能器
将来自海底的声波反射信号转变
为电振荡接收脉冲信号，经接收
系统放大、处理后形成回波信号
送至显示器。显示器累计回波信号和零点信号间的时间间隔，并按深度公式转换为深度予以显示。
三、闪光式测深仪工作原理：
闪光式回声测深仪是早期一种典型的回声测深仪，它的结构与设计较为简单。其工作原理如图6-4所示：
图6-3
t t t t
发射脉冲
图6-4
时间电机是闪光式测深仪显示装置的驱动部分，它的转速要求恒定。时间电机的转速可通过变速箱内的变速齿轮予以变速，变速比的不同决定了测深仪量程的变化。带有氖灯的转盘在时间电机的驱动下匀速旋转，当氖灯刚好转至固定刻度盘的零位时，氖灯被点亮一次，其光线透过转盘上的缝隙在刻度盘零位处可看到一窄光线，表示零点信号，即为计时开始。与此同时，凸轮压合触片，使发射触发器产生触发脉冲送至发射系统，经发射系统形成发射脉冲后送至发射换能器向海底发射超声波脉冲。接收换能器将反射来的回波信号送至接收系统放大处理后形成电脉冲回波信号，再次点亮氖灯，此时氖灯在转盘上转过的角度即对应着测量深度的大小。
四、回声测深仪的主要技术指标
1.最大测量深度
最大测量深度是测深仪可能测量到的最大深度。国际海事组织（IMO ）建议，适用于远洋船舶的测深仪，其最大测量深度为400m ；沿海船舶的测深仪的最大测量深度为100m ～200m 。最大测量深度与发射功率、换能器效率和工作频率等因素有关。发射功率越大，测量深度越深；换能器效率越高，能量损耗小，测量深度越深；工作频率低，传播损耗小，测量深度越深，所以在一定的发射功率条件下，应选用较低的工作频率。
最大测量深度与脉冲重复周期也是密切相关的，由于测量的最大时间间隔只能是两次发射的间隔时间，即脉冲重复周期，所以，脉冲重复周期与最大测量深度的关系为：
C
h T max 2= （6-3） 为了使显示器所显示的深度不会超过最大测量深度，实际设计的脉冲重复周期总是略大于最大测量深度所需要的声波往返时间，即T>t 。 2.最小测量深度
最小测量深度是测深仪能测量出来的最小深度。发射脉冲宽度τ是决定最小测量深度的主要因素，测深仪实际能测出的最小深度应大于τ所对应的深度。即：
2
min τ?>C h （6-4） 适用于远洋船舶的测深仪的最小测量深度一般为1～2m ，而浅水测深仪的最小测量深度可达0.2～0.3m 。
3.测深仪的误差
测深仪的误差包括声速误差、时间电机转速误差、基线误差、零点误差等，将在以后章节详细介绍。测深仪的误差在浅水范围内允许误差为±1m ，深水范围内允许误差为±5m 或±5%。
4.显示方式
IMO 规定记录式显示方式为测深仪必须具备的显示方式。数字式显示方式在现代测深仪中应用较多，常用的如发光二极管LED 显示方式，以及兼具探鱼与水下勘测功能的阴极射线管（CRT ）显示方式和液晶（LCD ）显示方式。
五、水声换能器
回声测深仪的换能器（transducer）是实现电能与声能相互转换的器件。用于将电振荡能量转换为声能向水下发射超声波的换能器称为发射换能器，用于将海底反射回来的超声波声能转换为电振荡能量的换能器称为接收换能器。发射换能器和接收换能器可以收发分开，也可收发兼用。
1.换能器的分类
换能器按材料划分为两种，一是以镍或镍铁合金为材料的磁致伸缩换能器（magnetostrictive transducer）；另一种是以钛酸钡或锆钛酸铅等压电陶瓷为材料的电致伸缩换能器（electrostrictive transducer）。这两种换能器是基于磁致伸缩效应和电致伸缩效应来实现声能（机械能）和电能的相互转换的。
目前的磁致伸缩换能器一般都采用镍和镍铁合金材料制作，它们具有不易受海水腐蚀且加工容易等特点。实际使用时，必须对新的或长期不用的镍换能器事先给其绕组通以直流电，使其具有或恢复磁性，该措施称为充磁。充磁的目的，是为了获得较高的磁致伸缩效应。
由于锆钛酸铅材料来源丰富、成本低、性能优良、稳定性好，所以目前选用锆钛酸铅压电陶瓷材料制成的电致伸缩换能器极为普遍。
2.换能器的安装
换能器的安装要求有如下几点：
（1）换能器在船底的安装位置应使其周围杂声干扰最小。应尽量远离机舱、螺旋桨，也不能靠近船首的水流平滑处；同时应避开排水口、海底阀及其它有碍水流平顺的凸出物。换能器一般装于离船首1/2～1/3船长处。
（2）换能器的安装不能降低船体结构强度和水密性能。换能器安装于船底，无论是开启式或密封式安装，均需在船底开洞，因此应在开洞处采用法兰盘进行加固；同时，在安装换能器的舱室内，应增设便于安装和维护的水密舱，以保证船舶安全和防止渗漏。
（3）换能器的工作面应力求与水平面平行。
（4）换能器的工作面不得涂敷油漆。油漆对声能吸收很大，将使回波信号显著减弱，甚至测深仪不能工作。若发现换能器表面有油漆或其他油污，应彻底予以清除干净。
（5）换能器的引出电缆应使用屏蔽电缆；换能器的两根引出导线之间应有良好的绝缘，屏蔽层与钢管应良好接地。
第四节回声测深仪误差
回声测深仪的误差主要有：声速误差、时间电机转速误差、零点误差和基线误差等。此外，船舶摇摆、海水中气泡、海底底质与坡度、船速、换能器工作面附着物等因素也会对测深仪工作产生一定的影响。
一、声速误差
由于船舶所在海域实际声速与测深仪的设计声速不一致而产生的测量误差称为声速
误差。
回声测深仪的设计声速是取标准声速1500m/s 的，而实际声速并非恒定值，它随着海水温度、含盐量和静压力的变化而变化，因此，回声测深仪的声速误差是不可避免的。声速误差的修正公式如下表示：
显示水深标准声速
实际声速实际水深?= 商船的声速误差一般无须进行修正，但驾驶员在声速变化显著的航区航行时，应加以留意。如船舶从海洋驶入内河航行时，可能因含盐量变化引起实际声速小于标准声速而导致显示深度小于实际水深，从而影响船舶安全航行。
二、时间电机转速误差
时间电机转速误差是指闪光式和记录式测深仪中的时间电机转速与其额定转速不一致所产生的测量误差。在闪光式和记录式测深仪中，时间电机作为显示系统的时间装置，必须以恒定的转速带动转盘或记录笔转动。时间电机转速的变化必然会使转盘转过的角度和记录笔移动的距离发生变化，从而使显示深度与实际深度产生偏差。所以，时间电机转速的稳定与否，将直接影响测深仪显示深度的准确性。
时间电机转速不稳定一般是由于船电变化或时间电机本身故障所致。时间电机的转速误差调整公式如下：
显示水深电机实际转速
电机额定转速实际水深?=
三、零点误差 零点误差是指零点信号（或零点标志）与刻度盘（或刻度标尺）的零位不一致时所产生的测量误差。零点信号超前，显示水深将小于实际水深；零点信号滞后，则显示水深将大于实际水深。通常，闪光式和记录式测深仪均设置了零点调节机构。
四、基线误差
在前面介绍测深仪的测深原理时，我们求出的测量深度22)2
()2(s ct h -=，其中s 为收、发换能器之间距，即为基线之长度。实际设计测深仪时，我们均按ct h 21=
来计算测量深度，2)2(s 项被忽略掉，故产生了基线误差。
测量水深（ct 2
1）越深，基线误差就越小。当水深大于5米时，基线误差便可忽略不计。采用收、发兼用换能器的测深仪则不存在基线误差。
五、影响测深仪工作的其它因素
（1）船舶摇摆对测深仪工作的影响
当船舶发生横摇时，发射换能器也随之倾斜，其发射的主波束的方向也随之改变。若倾斜角度不大，主波束的反射回波仍可被接收换能器接收；当倾斜角大于某个极限值时，将可能产生回波信号“遗漏”现象。严重时，回波信号全部消失，测深仪无法工作。
（2）水中气泡对测深仪的影响
海水中气泡对测深仪工作的影响主要体现在两个方面：一是水中气泡对声能有削弱作
用；二是大量气泡会引起声的混响，从而严重干扰测深仪正常工作。
（3）船速对测深仪的影响
当船舶高速航行时，船体产生剧烈振动，水流猛烈冲击船体，致使干扰噪声增加。同时，海水的空化现象也明显增加，致使回波信号削弱。严重时回波信号将被干扰信号“淹没”，致使测深仪工作困难，甚至无法工作。选择适当的换能器安装位置将有助于减小这种影响。
（4）换能器工作面附着物的影响
换能器表面的附着物对声能有着较强的吸收作用，尤其是长期不用的换能器表面会有大量海生物生长，对换能器工作影响较大。所以，应及时清洁换能器工作面。还要注意的是换能器的工作面不能涂敷油漆。
（5）因换能器剩磁消失的影响
对于磁致伸缩换能器，剩磁因时间长久会逐渐消失，这将影响测深仪的灵敏度，所以，应定期对磁致伸缩换能器进行充磁。
（6）海底底质和坡度的影响
不同的海底底质对声波的反射能力差异较大，岩石最强，砂底次之，淤泥最差。为了达到显示器的最佳显示效果，应根据不同的海底底质调整测深仪的灵敏度大小。
另外，不平坦的海底底质和海底坡度将使反射回波先后抵达接收换能器，从而在显示器上出现较宽的信号带。为了保证船舶航行安全，此时应以信号带前沿读取水深为宜。
第五节IES-10型回声测深仪
一、IES-10型测深仪主要特点介绍
IES-10型回声测深仪是美国Ocean Data仪器公司生产的船用新型测深仪产品，该产品符合国际航道组织（IHO）技术要求和欧洲关于海上导航设备的电磁兼容（EMC）标准，其特点如下：
1.采用了先进的数字处理技术，通过软件控制超声波的发射和接收；同时使用高清晰度的液晶显示器（LCD）和菜单式的人机友好界面，通过键盘操作来控制整机工作。
2.显示器可连续提供回波图象、数字深度显示、深度报警、吃水调整等信号，还可通过其它导航设备的接入显示测量时的船位、船对地速度（SOG）、船对地航向（COG）等导航信息。
3.本机硬盘可保存24小时的数字深度和船位数据、1小时的回波图象和船位数据，并可随时调出或打印这些历史数据。
4.本机通过RS-232或RS-422串行口可向其它外设输出NMEA0183标准的深度信号，并可直接连接最多3台复示器。
5.接收机在较宽的动态范围内可实现自动增益控制，并对杂波干扰进行滤除。
6.通过软件可进行系统故障诊断，机器内部采用可拆卸式印刷电路板（PCB），易于对硬件进行安装和维护。
二、整机组成框图及工作原理
IES-10型测深仪的电路主要由主CPU板、收发电路板、电源电路板、母板、液晶显
示电路板、接口、接线盒和换能器等组成。其整机组成框图如图6-5所示。
图6-5
主CPU板是测深仪的整机工作的控制核心，它通过运行内部的PROM（可编程只读存储器）程序，可以控制声波发射频率和历史深度数据的存取，向显示器发送深度及其它显示信号，并控制数据的输入、输出与打印等功能。
收发电路有两个主要功能：产生发射脉冲、接收并处理回波脉冲信号。收发电路中的微
处理器在每个发射周期的初始时接收来自主CPU的指令信号，然后产生发射脉冲，经过放大后送至换能器形成超声波向海底发射。发射的同时，主CPU板计时开始。回波经接收电路处理后转换为数字信号，送至主CPU计算深度结果。收发电路还有四种辅助功能：串行数据输入和输出、历史数据存储（闪存）、LCD亮度与对比度控制、键盘编码和亮度控制。
电源电路板的作用是将船电（115或230V AC）转换为各电路工作所需的直流电压（5、12、24V DC）。液晶显示电路板的主要功能是显示深度数字信号、回波图象信号、系统状态信息等，还可通过键盘输入和菜单选择向主CPU板传输系统参数设置及各种指令。换能器的作用是实现电能和声能的相互转换，其工作频率从12到200KHz不等。
三、使用与维护
1. LCD屏幕显示信息
图6-6所示为显示器的显示界面，主要显示的信息有：
（1）回波图
形：它是换能器收
到的回波信号的动
态反映，图形以一
定的速率从右向左
移动，通过回波图
象的前沿可读取当
前深度的大概数
值。
（2）深度显
示窗口：在屏幕的
左下方，即“Depth ”
窗口，用以显示当前精确的数字水深值，每秒钟更新一次。同时还将显示深度的单位（英尺-FT/米-MT/英寻-FA ）、水深性质（换能器下水深-DBT/海面下水深-DBS/龙骨下水深-DBK ）。在该窗口的下方还有测深仪跟踪门限值（GATE ）设定状态显示，跟踪门限是用来进行混响干扰抑制的，一般将门限值置于自动（AUTO ）状态。窗口的最下方显示的是报警状态：浅水报警（SHALLOW ALARM ）、深水报警（DEEP ALARM ）或模拟报警（SIMULATOR ON ）。
（3）导航信息：从其它导航仪器接入的信号，包括船位、对地航向（COG ）、对地速度（SOG ），还有系统时钟提供的日期和时间显示。
（4）系统状态：首先是自动（AUTO ）状态显示，它包括增益（GAIN ）、量程（RANGE ）、图形平移速度（CHART SPEED ）和跟踪门限（GATE ）等，如果处于自动工作状态，则在 AUTO 的右侧将显示相应的英文名称。其次是吃水调整和龙骨深度预置值显示、浅水和深水报警值显示。最后是显示方式（STD 或STD/NA V ）、工作频率及水深单位的显示。
（5）信息条：在显示屏的最上方，表示当前系统的显示状态和报警指示。例图显示的是“报警音频关闭”的信息。
2.显示面板按键
IES-10型测深仪的主要操作是通过显示
面板的功能按键来完成的，图6-7所示为显示
面板的所有功能按键。
DISPLAY ：显示方式选择键，按此键调出
显示方式菜单，用户可选择标准（STD ）或标
准/导航（STD/NA V ）两种不同的显示方式。其
区别是在导航（NA V ）方式下附加了三个窗口显示船舶的经纬度、对地航向及速度、日期
和船钟。
EVENT ：时态键，用此键可以在存储的历史深度数据中插入实时的船位和时间数据。 POWER
：电源键，按电源键一次可开启主机电源，按住并保持3秒则关机。开机工作后，若有音频报警，按电源键一次可消去报警声音。
RANGE ：量程键，按此键一次可调出量程选择菜单，按住并保持3秒则选择“自动图6-7
图6-6
量程”工作方式。
GAIN：增益键，按此键一次可调出增益调节菜单，按住并保持3秒则选择“自动增益”工作方式。
DIM：亮度键，按此键一次可调出显示器亮度调节菜单，按住并保持3秒则选择中间亮度显示值。
CONTR：对比度键，按此键一次可调出显示器对比度调节菜单，按住并保持3秒则选择中间对比度值。
▲▼：上下键。用上下键可以在菜单选择时增加或减少设定值。
MENU：菜单键。用于调出主菜单，或者在菜单选择时退出当前显示菜单。
3.正常的操作
按下显示面板上的电源按键，系统通电，所有重要的参数（如增益、量程、跟踪门限）都进入“自动”工作方式。如果测深仪搜索到海底，则在深度显示窗口显示当前水深值；如果未搜索到海底，则测深仪将自动调整其增益和量程，直至海底被搜索到为止。
需要注意的是，增益、量程、跟踪门限这些参数一般均设置于默认的“自动”状态时系统才能处于最佳的工作状态，如果用户因某些原因调整了个别参数而导致测深仪跟踪海底困难时，可将系统电源关闭后再重新启动即可。
关机时需按住电源按键并保持3秒。
4.浅水区操作
当船舶在浅水区航行时，为了消除较强的杂波干扰、获得较高的测量精度，对系统的某些参数进行手动调整是必要的：
（1）量程选择：可选择0～5个单位的最小量程，而在自动量程工作方式下不会用到这一最小量程档。测深仪工作在最小量程档时，输出功率和发射脉冲波长均最小，可获得最佳的显示精度。
（2）门限深度设置：手动设置测量深度门限值可以抑制浅水时较强的海面混响，获得正确的数字深度信号。门限值可根据回波图象的显示情况进行设定，门限值必须小于图象显示的真实海底深度值。
（3）增益设置：测深仪在浅水区工作时，一方面发射声波对回波干扰较强，同时杂波的幅度较大会使数字显示值错误，所以应用手动增益调整，使各种干扰最小。
5.自检操作
IES-10型测深仪提供了系统的自检功能，通过软件可对系统进行自动检测。操作方法是：先按显示面板上的DISPLAY键，然后按住RANGE键并保持3秒，可进入系统自检菜单。检测的内容包括RAM、ROM、发射频率、显示器亮度和对比度、收发单元、复示器、报警器。如果检测对象出现故障，对应的自检菜单上将显示“FAIL”的信息提示。如果正常，则菜单显示“PASS”。
出现上述硬件或软件故障时，可参考说明书的指示进行相应的故障排除，主要的方法包括重新启动机器、重新安装软件、更换收发单元或主CPU电路板等。
复习思考题
1.影响声波在海水中传播速度的因素有哪些？试说明之。
2.试画图叙述回声测深仪的测深原理。
3.画图说明测深仪的整机组成，并说明各部分的作用及整机工作过程。
4.测深仪的最大测量深度及最小测量深度各取决于哪些因素？试说明之。
5.安装换能器应注意哪些事项？
6.试叙述测深仪的测量误差及影响测深仪工作的其它因素。
7.试述IES-10型回声测深仪的主要特点。
多波束回声探测仪的由来 以下文字出自《海洋知识一万个为什么》 由于回声测深仪辐射的声波比较宽，所以用它测量海水深度时经常将海底“抹平”，不能真实地反映海底的情况。而增加发射声波的指向性，虽然能提高测量的分辨率，更真实地反应海底的起伏情况，但是测量的速度又大大地降低了。那么，到底有没有更好的办法既能提高测量的精度，又不降低测量的速度呢？为此，科学家们想了很多办法，多波束测深仪就是其中比较成功的一种。 多波束回声测深仪定义 （multi beam echo sounder）是利用多波束回声信号测量、绘制海底地形和水深的装置。整个系统由声波收发射器、信号处理装置和工作站三个基本部分组成。收发射器或探头安装在船底龙骨上，以“扇面”形式向水底发射数十、数百束声波，通过接收传感器接收自海底反射回来的回声波，并由电缆将回声信号传输到船上的信号处理机进行处理，再通过显示器或绘图仪将处理过的海底信号绘制成水深图或地形图。经工作站处理的信号还可绘制成彩色地形图和底质图。根据此测深仪的用途可分为深水型和浅水型两种：深水型测深范围可达12 000米，精度为水深的05%；浅水型测深范围0～500至1000米不等，精度可达水深的0.3%，为提高测深精度，这种设备一般都配有船姿补偿仪和声速校正系统，已广泛用于大陆。 与普通探测仪的区别 普通测深仪之所以会将海底“抹平”，关键就在于它不能区分不同地点的回波信号。多皮束测深仪与普通的测深仪不同，它的发射换能器是特别设计的。普通测深仪发射的声波是圆锥形的，类似于从手电筒射出的光线，而多波束测深仪发射的声波是扇面的，有点类似于透过门缝的手电光线。多波束测深仪的发射换能器是朝着与航线垂直的方向向下的扇面发射声脉冲的，所以，在海底只有与航线垂直的一条线上有声波到达，因此也只有在这一条线上的海底才会反射声波。此外，它的接收换能器也是特别设计的，这种接收换能器只能接收某些特别方向的声信号，类似于透过一个多孔的纸板看东西。这样一来，不同地点的回波信号就像是通过不同的“孔”进入接收换能器一样，多波束测深仪也因此而得名。再用计算机来处理这些数据，就能得到与航线垂直的一条线上几十个点的深度了。随着测量船的行驶，可以迅速测出与航迹平行的几千米宽的一条带状海域内各点的深度。再配上必要的软件和绘图设备，就能绘制出所测海域的海底地
一．HDMAX相对HD370功能提升 1、硬件平台 HDMAX采用全新的硬件平台，内部电路和结构设计更加合理。其1.6GHZ双核CPU，1G内存、16G固态硬盘以及17寸高清显示屏都是行业顶配。采用完整电脑系统，系统运行更加稳定。其采用的高强度聚乙烯塑料外壳，坚固耐用防水，其超强的工业化设计为水深测量提供了坚实的保障！ 2、人性化设计 HDMAX测深仪在主机增加了VGA接口，可进行测量分屏显示；测深仪前面板增添数字输入键和常用快捷按键，用户直接操作快捷按键，即可完成测量大部分操作。其设计的可旋转支架，主机可以任何角度显示，极大提高操作的便利性。 3、测深性能 HD MAX在HD370测深基础之上，对测深模块进行全新优化，在底层回波控制方面进行了全新设计，使得HDMAX测深数据稳定性得到了极大提升，最浅水深可以达到0.2米，且性能稳定。同时HD‐MAX测深仪根据声纳在水中的传输特性设计出完美的 TVG 曲线，优化了测深性能，并有效地解决了浅水测深的难题。 4、内置全新测量软件HIMAX HDMAX测深仪采用全新的测深测量软件，软件支持标准格式的GNSS产品输出NMEA‐0183格式，支持三维姿态仪、表面声速仪、GNSS罗经等多种传感器输入。其全自动功率增益控制、强大的电子海图功能、多种数据滤波算法、自定义成果导出功能都极大提高了作业效率！支持模拟回波图形和数据图形相互叠加，快速改正数据信号假回波信号。在后处理可以任意加点，容易解决特征点输出问题。 说明：VGA转换线，用于HDMAX分屏显示，不是套件标配产品
二．招标参数 ★表示属于相对有优势的 ★★表示基本是独家的 ★★招标是要注意：产品要取得工业生产许可证才是合法的产品 主机技术参数： ★CPU：双核1.6G ★内存容量：2GB ★★存储空间：16GB SSD ★系统：完整Window XP操作系统，非剪切操作系统 ★★显示屏幕尺寸：17寸 USB接口： 3 个USB2.0 ★显示分辨率：1280 x 1024 ★VGA：1个VGA分屏接口 串口：2个RS232串口（一分二串口） 材质：ASA工程塑料，耐腐蚀 ★★功能快捷键：具有数据输入键和快捷键，不用键盘就可以完成测量操作。 输入电压：10～30VDC or 220VAC 平均功耗：小于30W 最大功率： 500W 重量：9.5KG 工作温度：‐20℃~70℃ 测深参数： 频率： 200KHz ★★测深范围：0.2‐600米（可加入现场测试环节，其它仪器很难达到0.2米） 测深精度：±10mm+0.1%h。分辨率1cm ★采样率：最大30HZ 吃水改正范围：0.0‐15米 声速调整范围：1370‐1700m/s HiMAX测深仪软件 集成原中海达二合一海洋测量软件、海洋后处理软件、串口调试工具、海图导航功能、多种实用工具等于一身，中海达最新推出的测深仪软件。 软件功能： ★支持NMEA‐0183数据格式输入 ★支持三维姿态数据接入，并能够进行三维姿态解算 ★能够支持多种测深数据输入输出，支持中海达测深仪格式、DESO25、SDH-13等多种数据格式 ★支持传感器类型：三维姿态仪、声速仪、GPS罗经等。
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------------------------------------------------------------------------------------
DJCS-05裂缝测深仪(说明书)
§1.概述 感谢您使用DJCS-05裂缝测深仪。 DJCS-05裂缝测深仪主要用于混凝土裂缝的单点测深。 §1.1.仪器组成和主机面板、键盘说明 ·仪器组成：如图1—1所示，仪器的基本组成由主机、换能器和信号电缆组成。 图1-1 仪器基本组成及外观 ·主机面板及键盘说明见图1-2： ①显示屏：显示参数设置、测试状态、测试结果、选项等内容； ②开/关：打开或关闭仪器电源； ③测试：进入测试状态； ④：光标上移或数字增加； ⑤选项：进入功能菜单；
§1.2.主要技术指标 裂缝测试深度适用范围：10—200（mm）; 200—350（mm）检测准确度：5%-10%; ≤12%； 仪器存储数量：10600个测试点数据; 使用环境：环境温度：-5°—40°C; 相对湿度：<85%; 电源：9V DC（6节5＃电池）；工作时间：＞30小时。使用过程中，仪器出现嘟……的报警声，提示需更换电池； 仪器体积：225×180×80（mm）； 换能器体积：大：φ25×40（mm）； §1.3.工作原理 图1-3 仪器工作原理框图 DJCS-05裂缝测深仪主要由信号发射、接收，信号处理、显示、键盘操作、数据传输等单元组成，如图1-3所示。首先由信号发射单元向砼内部发射超声波，接收换能器接收超声波信号，信号处理单元对接收的信号进行处理，根据收发间距换算裂缝的深度并显示、储存。
§2.现场测试方法 操作步骤如下图所示。 §2.1. 测点布置 每条裂缝可布置1个或数个测点，发射和接收换能器连线 应垂直裂缝，接收和发射换能器应在垂直裂缝两根钢筋中间位置为宜，见图2-1。 图2-1 测点位置布置示意图 §2.2.仪器连接、开机 ·仪器连接：将换能器连接到仪器的插孔中，将插头固定旋紧。 ·开机：按 开/关键，仪器开机，屏幕显示图2-2。菜单中各选项功能介绍如下： 构件编号：检测构件的构件编号； 裂缝编号：测量裂缝的裂缝编号； 测点布置 仪器连接 开机 设置参数 现场测试 存储
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
华测测深仪产品系列 D330测深仪 操作手册 第一版 上海华测导航技术有限公司 二○一○年九月
目录 第一章测深仪的工作原理 (1) §1.1测深仪简介 (1) §1.2测深仪的技术原理 (1) §1.2.1回声测深的原理 (2) §1.2.2测深仪相关参数 (2) §1.3测深仪的相关名词 (4) §1.3.1水深数据分类 (4) §1.3.2数据格式 (4) §1.3.3测量周期设置 (5) §1.3.4声速设置 (6) §1.3.5吃水深度设置 (7) 第二章D330测深仪 (8) §2.1性能指标及特点 (8) §2.2标准配置单 (10) §2.3安装连接图 (11) §2.4测深软件主界面 (12) § 2.4.1主菜单 (12) § 2.4.2快捷工具栏 (13) § 2.4.3状态栏 (14) § 2.4.4测量参数设置 (14) § 2.4.5调用屏幕键盘 (15) §2.5操作步骤 (16) § 2.5.1水深数据采集 (16)
§ 2.5.2水深数据回放 (16) § 2.5.3水深数据复制和备份 (17) 第三章与GPS联机测量 (18) §3.1连接GPS (18) § 3.1.1与GPS设备的连接安装 (18) § 3.1.2连接安装的注意事项 (18) §3.2水上测量软件的设置 (19) §3.3升级和注册 (22) § 3.3.1固件升级 (22) § 3.3.2注册测深仪 (22) 第四章其他相关操作 (28) §4.1触摸屏的校准 (28) §4.2整机的维护注意事项 (30) § 4.2.1主机的维护 (30) § 4.2.2换能器的维护 (30) § 4.2.3换能器连接杆的维护 (31) § 4.2.4安全注意事项 (33) 附录联系方式 (34)
第三章 HD-27/HD-28测深仪§3.1 性能指标及特点 图3-1 HD-27/28测深仪外形 图3-2 双频换能器
图3-3 单频换能器 HD-27/28测深仪性能指标： 高频发射频率：200KHz 低频发射频率：20KHz 最大发射功率：300W 测深范围：高频0.3m～600m，低频1.0m～3000m 测深精度：高频精度±2cm+0.1％，低频精度±5cm+0.1％ 吃水调整范围：0.0m~9.0m 声速调整范围：1300～1700m/s CPU主频667MHz，256M RAM内存 锲入式工业控制WINDOWS Xp操作平台 亮度12寸液晶显示屏，分辨率800×600 串口数据输出，仿真多种数据格式，波特率2400-115200可调 电阻式触摸屏 外接端口：鼠标、键盘、打印口、两个RS-232串口、两个USB口、外接分显示器接口内置1000M大容量电子盘存贮器 供电电源：直流12V或交流220 V，功耗30W 环境：工作温度-20℃～70℃，防水 尺寸：34×30×14cm 重量：10.2 kg 特点： 高速A/D转换，采样速率153600次/秒，瀑布式显示 数字化图像处理技术，瀑布式图像显示及记录，并可回放及打印 自动增益控制及时间增益控制（TVG） 水底门跟踪技术和脉宽选择技术的完美结合 内锲测深和测量一体化软件，可省去购买一台电脑和一套海洋测量软件 电阻式触摸屏，用手指即可操作
§3.2 配置 名称型号数量说明主机HD-27/28 1 高频换能器（HD-27）DS-200 1 200KHz 双频换能器（HD-28）DS-300 1 200KHz,20KHz 换能器安装杆TD-27 1 两段分节 直流电源线PW-5 1 直流电源线 交流电源线PW-6 1 交流电源线 手动打标线MK-2 1 用于手动按钮打标 鼠标键盘中转线MKY-2 1 外接键盘不定 1 外接鼠标不定 1 数据电缆RS-9 2 外接串口连接线 U盘不定 1 存取数据用 铝合金箱LH-17 1 主机携带箱 §3.3 安装连接图 图3-4 换能器安装图
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。
南方测深仪产品系列 SDE-18型工程测深仪 操作手册 南方测绘仪器有限公司 二○○四年十一月
目录 目录 第一章测深仪的工作原理..................................................................1-1 §1.1测深仪简介...........................................................................1-1§1.2测深仪的工作原理...............................................................1-1§1.3南方测深仪的特点...............................................................1-3§1.3.1 数据格式可调..............................................................1-3§1.3.2 设置脉冲宽度..............................................................1-5§1.3.3 深水报警与浅水报警..................................................1-5§1.3.4 测量周期设置..............................................................1-5§1.3.5 声速设置......................................................................1-6§1.3.6 吃水深度设置..............................................................1-6 第二章 SDE-18型工程测深仪...........................................................2-1 §2.1主机外形...............................................................................2-1§2.2配置单..................................................................................2-2§2.3安装图..................................................................................2-3§2.4面板按键操作.......................................................................2-4§2.5与电脑的连接.......................................................................2-7§2.6出厂设置...............................................................................2-7 第三章技术参数和声速表................................................................3-1 §3.1SDE-18技术参数..................................................................3-1§3.2超声波测声仪淡水声速表...................................................3-2
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）。
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 ——————————————————————————————————————————————
§1.概述 感谢您使用DJCS－０５裂缝测深仪。 DJCＳ－0５裂缝测深仪主要用于混凝土裂缝的单点测深。 §1．1.仪器组成和主机面板、键盘说明 ·仪器组成:如图1—1所示,仪器的基本组成由主机、换能器和信号电缆组成。 图１-１仪器基本组成及外观 ·主机面板及键盘说明见图1－2: ①显示屏:显示参数设置、测试状态、测试结果、选项等内容； ②开／关：打开或关闭仪器电源； ③测试：进入测试状态; ④：光标上移或数字增加； ⑤选项：进入功能菜单; ⑥:光标右移；
⑦：光标左移; ⑧：光标下移或数字减小； ⑨取消：取消当前次的测试结果或当前操作; ⑩确定:确认选择项目或测试结果确认； 错误!发射插口:连接发射换能器； 错误!串行孔插座:连接计算机，测试数据传入计算机; 接收插口：连接接收换能器。 图1－2 仪器操作面板说明§1．2.主要技术指标
裂缝测试深度适用范围:1０—2０0（mｍ）; 200—35０(mm) 检测准确度：5%-１0％;≤12%; 仪器存储数量：10600个测试点数据; 使用环境：环境温度:-5°—4０°C; 相对湿度：<８5%; 电源:9ＶDC（6节5#电池);工作时间:>3０小时。使用过程中,仪器出现嘟……的报警声，提示需更换电池； 仪器体积:225×1８0×80(mｍ)； 换能器体积：大：φ２５×40（ｍm); §1．3.工作原理 图1-3 仪器工作原理框图 ＤJCS-０5裂缝测深仪主要由信号发射、接收，信号处理、显示、键盘操作、数据传输等单元组成,如图1-3所示。首先由信号发射单元向砼内部发射超声波,接收换能器接收超声波信号，信号处理单元对接收的信号进行处理,根据收发间距换算裂缝的深度并显示、储存。
测深仪使用说明书
手册修订情况 修订日期修订次数说明 2012年1月 1 测深仪使用说明书1.0版本 I
II 前 言 说明书用途 欢迎使用中海达测深仪使用说明书，本说明书介绍了如何设置和使用测深仪。 说明书简介 本说明书是以Hi-RTK Ver3.1版本为例，指导您如何安装、设置和使用Hi-RTK 软件进行工作。 经验要求 为了您能更好的使用Hi-RTK 软件，中海达建议您具备一定的测量知识，并仔细阅读本说明书。如果您有任何疑问，请查阅中海达的官方网站： https://www.doczj.com/doc/947397594.html, 。 安全技术提示 注意： 注意提示的内容一般是操作特殊的地方，需要引起您的特殊注 意，请认真阅读。 警告： 警告提示的内容一般为非常重要的提示，如果没有按照警告内 容操作，将会造成仪器的损害，数据的丢失，以及系统的崩溃， 甚至会危及到人身安全。 责任免除 使用本产品之前，请您务必仔细阅读使用说明书，这会有助于您更好地使用本产品。 广州市中海达测绘仪器有限公司不对您
未按照使用说明书的要求而操作本产品，或未能正确理解使用 说明书的要求而误操作本产品所造成的损失承担责任。 广州市中海达测绘仪器有限公司致力于不断改进产品功能和 性能、提高服务质量，并保留对使用说明书的内容进行更改而 不预先另行通知的权利。 我们已对印刷品中所述内容与硬件和软件的一致性作过检查， 然而不排除存在偏差的可能性，使用说明书中的图片仅供参 考，若有与产品实物不符之处，请以产品实物为准。 技术与服务 中海达网站开启了“技术与服务”版块，如果您有问题可以通过 “服务指南”电话联系大区技术中心、总部事业部或通过“专家 坐堂”、“技术论坛”进行留言，我们会及时的解答您的问题。相关信息 您可以通过以下途径找到该说明书： 1、购买中海达产品后会附带一个光盘，打开光盘可以在说明 书文件夹里找到此说明书。 2、登陆中海达官方网站，在“下载专区”→“产品说明书”→“测 绘产品”里即可找到。 您的建议 如果您对本说明书有什么建议和意见，请登陆中海达官方网 站，在“技术服务” →“建议与投诉”版块留言，您的反馈信息对 我们说明书的质量将会有很大的提高。 III
中海达测深仪操作手册 中海达测绘仪器有限公司二零零四年十一月
目录 第一章HD-27/HD-28测深仪… §3.1 性能指标及特点…………….………………………………….....….....…...................…...3-1 §3.2 配置……….……………………………………………….…..…..………….........….…...3-3 §3.3 安装连接图…….………………………………………….…..…..………….........….…...3-3 §3.4 测深主界面……….……………………………………….…..…..………….........….…...3-4 1、回声图像显示区……………………………………………..…..………….........….…...3-5 2、深度标尺………………………………………………...………………………………..3-5 3、回波波形显示…………………….…………………..…………………………………..3-6 4、水深显示窗口………………….………………………..………………………………..3-6 5、操作按钮区…………………….………………………..………………………………..3-7 6、信息显示区………………….…………..………………..……………………..………..3-7 §3.5 参数及环境设置……………………..…………….………...……..………….........….…...3-7 §3.6 开始测深（或记录）.…………………………………………….………….........….…...3-12 §3.7 回放、查找和打印………………………………………………..………….........….…...3-12 §3.8 水深输出格式…………………………………………...…….…..………….........….…...3-13 §3.9 定标控制……………………………………………………....…..………….........….…...3-14 §3.10 使用机内海洋测量软件………………………………………...…...………….........…..3-15 第二章水深测量资料后处理… §5.1 动态吃水和测深仪改正准备………………………………………...….....………................5-2 §5.2 原始采集水深取样……………………………………………………….….…..………….....5-2 §5.3 水位改正…………….….………………………………………….….………….........….…...5-3 §5.4 数据格式转换………….…………………………………………….....….………..................5-3
测深仪操作流程 （中海达GPS结合华测D330测深仪） 一、中海达GPS参数和华测测深仪一般不可直接衔接（布尔莎七参数除外）須经过测地通模拟软件（RTKCe）解算，以下有几种情况： a.当进入一个新测区并已知两个或两个以上控制点情况下： 1、中海达GPS新建文件→输入对应中央子午线→采集已知两个或两个以上控制点（获取WGS84坐标：B、L、H）。 2、打开测地通模拟软件（RTKCe）→“文件”→“新建任务”→输入文件名→在配置坐标系管理中修改“中央子午线”→“确定”。 3、“键入”→“点”→“选项”→“显示方式”→“当地平面坐标”→“接受”控制点□打√→逐个输入理论控制点：“点号、X、Y、H”→“保存”。输完理论控制点后→“选项”→“显示方式”→“WGS84经纬度坐标”→“接受”→逐个输入已采集控制点（WGS84坐标）：“点号、B、L、H”→“保存”，“取消”回到主界面。 4、“测量”→“点校正”→“增加”→选取“网格点”（已知控制点）“确定”→选取相对应GPS(WGS84坐标：B、L、H)“确定”→“计算”，“取消”回到主界面。 5、“文件”→“当前坐标参数”→“水平平差”→□水平平差打√→把“北原点”、“东原点”、“北平移量”、“东平移量”抄录下来；选取“垂直平差”→□垂直平差打√→把“北原点”、“东原点”、“平差常数”抄录下来。 b.当中海达手簿中有其他参数如：“四参数”、“一步法参数”等情况下： 1、用RTK到测区中段采集任意一碎部点A点作为控制点，把A点的“X、Y、H”及“B、L、H”抄录下来。
2、打开测地通模拟软件5（RTKCe）→“文件”→“新建任务”→输入文件名→在配置坐标系管理中修改“中央子线”→“确定”。 3、“键入”→“点”→“选项”→“显示方式”→“当地平面坐标”→“接受”控制点□打√→输入A点：“点号、X、Y、H”→“保存”。输完A点后→“选项”→“显示式”→“WGS84经纬度坐标”→“接受”→输入A点（WGS84坐标）：“点号、B、L、H”→“保存”，“取消”回到主界面。接下来与a条 4、5相同。 c.当中海达手簿中有现成“布尔莎七参数”情况下： 1、“参数”→“椭球转换”→把“X平移”、“Y平移”、“Z平移”、“X旋转”、“Y旋转”、“Z旋转”、“尺度”（即比例因子）抄录下来。 2、打开Hydrosurey(导航软件)→“工程”→“新建工程”→“基准转换”→“转换类型”→“七参数”→把“X平移”、“Y平移”、“Z平移”、“X旋转”、“Y旋转”、“Z 旋转”、“尺度”（即比例因子）录入。验证中海达手薄和我们的导航软件测量点数据一致，如果不一致需要修改比例因子 二、启动Hydrosounder(测深软件)： 1、控制→连接（此时探头必须置于水中大于0.3m）。 2、.设置→参数设置→更改吃水→声速→1500→“确定”。当水深异常时将自动设为手动，并调改增益和量程，直到水深值正常。 3、控制→开始存储→输入水深点文件名。 三、在RTKCe中求取坐标参数后启动Hydrosurey(导航软件)： 1、“工程”→“新建工程”→选坐标系统→BeiJing1954→投影→输入中央子午线 →“水平平差”→□水平平差打√→把“北原点”、“东原点”、“北平移量”、“东平移量”录入；选取“垂直平差”→□垂直平差打√→把“北原点”、“东原点”、“平差常数”录入→“确定”。