航海学 模块七 航海仪器 B04-01ECHO.ppt

第三章 回声测深仪 回声测深仪：测量超声波信号自发射经水底反射至接收的 时间间隔，用以确定水深的一种水声仪器。 航海上用途： 1. 船舶在情况不明的水域或狭水道航行时， 测量水深确保船舶安全； 2. 在能见度不良或其它导航仪器失效时， 通过测量水深来辨认船舶位置； 3. 对水域的水深进行测量，提供确保船舶 安全航行的水深资料。 4. 多功能型可实现水下勘测、鱼群探测等功能。 前 序 回 顾 一、声波 1. 声源：物体的机械振动产生声波， 振动的物体称为声源 2. 声波种类： 1）纵波：介质质点振动方向与波的传播方向一致。 固体、液体和气体中均可传播纵波。 2）横波：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直。 只有固体可以传播横波。 3）表面波：两种介质分界面处所发生的波称为表面波。 介质质点做椭圆运动 4. 水声仪器使用超声波： 1）避免可闻声波干扰； 2）减小换能器尺寸，获得好的方向性； 3）衰减小，穿透力强。 3. 声波频率：每秒钟质点振动的次数。 传播速度 C = ?·f =? /T f ＜20 Hz 次声波 20 Hz ＜ f ＜20 kHz 可闻声波 20 kHz ＜ f 超声波 1. 传播特点： 1）传播形式为纵波，传播途径是直线； 2）传播速度基本恒定； 3）两种介质交面处会产生反射、折射、散射和绕射； 4）由于扩散和吸收作用，能量逐渐衰减。 二、声波在海水中传播 2. 传播速度： 只取决于介质的弹性和介质密度，与声波的频率无关。 海水的弹性和密度并不是常数，而是随着海水的温度、 含盐量和静压力不同而变化，温度影响最为显著。 E——介质的弹性； ?——介质的密度 传播速度 C = ? E 声速与海水温度、含盐量和静压力的关系： 无法用准确的式子表达，只能通过大量的实测数据 总结出有足够精度的经验公式。 实测资料： 温度增加 1?C ? 声速C增加约 3.3 m/s 含盐量增加 1‰ ? 声速C增加约 1.5 m/s 水深增加 100 m ? 声速C增加约 3.3 m/s 通常，水深增加，静压力增加，但温度降低，二者引起 的声速变化几乎相抵。 用经验公式计算时只考虑海水表面温度和含盐量。 经验公式： 我国 C =1 450+4.206t?0.0366t2+1.137(??35)+ · · · · · · 国际 C =1 449.2+4.623t?0.0546t2+1.391(??35)+ · · · · · · 设计声速：通常水声仪器如回声测深仪、多普勒计程仪、 声相关计程仪以 1 500 m/s 作为标准声速。 3. 传播损耗 1）扩散损耗：声波扩散引起 2）衰减损耗：声能吸收和散射引起 混响：来自散射体的散射波的总和。 混响是一种水声仪器的背景干扰，可能淹没回波。 散射体分布位置分： 1）海面混响；2）体积混响；3）海底混响。 第一节 回声测深仪工作原理 一、回声测深原理 应用声波在海水中传播时所 具有的直线传播、传播速度 基本恒定以及反射性等物理 特性来测量水深的。 A B h H S D O 脉冲式 h = ? C·t 2 2 S 2 2 若忽略 S，则 h = C·t 2 忽略 S 引起的误差称为基线误差 H = D + h = D + C·t 2 若吃水为D， 二、回声测深仪组成及工作时序 1. 回声测深仪的原理构成 显示器 发射系统 接收系统 换能器 1）显示器：中枢，控制协调整机 工作，测定时间并转为深 度显示。 2）发射系统（推动器）：在触发 脉冲控制下产生一定宽度、 频率和功率电振荡脉冲推 动换能器工作。 3）接收系统（放大器）：微弱回波 信号放大、选择处理后变换 为适合显示器需要的信号。 4）换能器： 发射：电能转换为声