第三节回声测深仪 (ECHO SO UNDER
第三节 回声测深仪 （ECＨＯ SＯＵNDEＲ）
回声测深仪 测深仪是用于航海测量水深的仪器，是一种在航海和航道测绘 上广泛使用的航海仪器。 冬船上最早的“测深仪”是手用测深锤，即水砣。 ÷十九世纪末期，使用“开尔文”式测深仪，这种测深仪是根据 水深与水压成正比的原理制成的。 ÷本世纪三十年代，又发明了超声波回声测深仪，由于回声测深 仪具有迅速、准确、连续工作，使用简便等特点，所以各国都 相继自造出各种型号的回声测深仪，安装在各种船舶上。 ·我国五十年代就开始生产回声测深仪，在航海上常用的型号有 ZS一1型、ZS-2型、扬子江型、SZS一3型数字测深仪等
回声测深仪 测深仪是用于航海测量水深的仪器，是一种在航海和航道测绘 上广泛使用的航海仪器。 ❖ 船上最早的“测深仪”是手用测深锤，即水砣。 ❖ 十九世纪末期，使用“开尔文”式测深仪，这种测深仪是根据 水深与水压成正比的原理制成的。 ❖ 本世纪二十年代，又发明了超声波回声测深仪，由于回声测深 仪具有迅速、准确、连续工作，使用简便等特点，所以各国都 相继自造出各种型号的回声测深仪，安装在各种船舶上。 ❖ 我国五十年代就开始生产回声测深仪，在航海上常用的型号有 ＺS—1型、ＺS—2型、扬子江型、SＺS—3型数字测深仪等
一、回声测深原理 1、水声学有关知识 1)声源 产生声波的原因是物体的振动，我们把振动的物体称为声源。 声波传播并非介质的质点本身的传播，而是质点振动形成的传播。 所以必须把质点的振动速度（振速）和声波在介质中的传播 速度（声速）区别开来。 声能是机械能的一种形式。声波的产生必须具有声源和弹性介质 两个因素。 2)声波的分类 按频率分：次声波(20Hz以下) 可闻声波(20Hz~~20kHz) 超声波(20kHz以上) 按发射方式分：连续波、脉冲波
一、回声测深原理 1、水声学有关知识 1）声源 产生声波的原因是物体的振动，我们把振动的物体称为声源。 声波传播并非介质的质点本身的传播，而是质点振动形成的传播。 所以必须把质点的振动速度（振速）和声波在介质中的传播 速度（声速）区别开来。 声能是机械能的一种形式。声波的产生必须具有声源和弹性介质 两个因素。 2）声波的分类 按频率分：次声波（20Ｈz以下） 可闻声波（20Ｈz～～20kＨz） 超声波（20kＨz以上） 按发射方式分： 连续波、脉冲波
回声测深原理 1、水声学有关知识 3)声波的传播速度 在空气中：C=330m/s;在水中：C=1500m/s 声速只取决于介质的物理常数，而与声源的振动频率无关。 声波在海水中的传播速度随温度、含盐量和静压力的不同面变化的， 其中以温度的影响最为显著。 温度增加1C,声速平均增加量3.3m/s 含盐量增加1%。声速平均增加量1.5m/s 静压力增加1×107Pa(水深增加100米)声速平均增加量3.3m/s 水的静压力是随着水深的增加而增大，而水温却随着水深的增加而 降低。所以由于水深的变化使引起的压力增加和温度的降低，而影 响声速的变化值几乎是相互抵消的。 航海士上，海水中的声速一般取1500米/秒
一、回声测深原理 1、水声学有关知识 3）声波的传播速度 在空气中： C＝330m／s；在水中： C＝1500m／s 声速只取决于介质的物理常数，而与声源的振动频率无关。 声波在海水中的传播速度随温度、含盐量和静压力的不同而变化的， 其中以温度的影响最为显著。 温度增加1C ，声速平均增加量3．3 m／s 含盐量增加1‰ 声速平均增加量1．5 m／s 静压力增加1×107Ｐa（水深增加100米）声速平均增加量3．3m／s 水的静压力是随着水深的增加而增大，而水温却随着水深的增加而 降低。所以由于水深的变化使引起的压力增加和温度的降低，而影 响声速的变化值几乎是相互抵消的。 航海上，海水中的声速一般取1500米／秒
一、回声测深原理 1、水声学有关知识 4)声波在海水中传播的损耗 扩散损耗：直接由于声能的扩散所引起的。 衰减损耗，由于吸收和散射共同作用的结果，它和电 能沿导线传输所产生的损耗类似。反射、折射
一、回声测深原理 1、水声学有关知识 4）声波在海水中传播的损耗 扩散损耗： 直接由于声能的扩散所引起的。 衰减损耗，由于吸收和散射共同作用的结果，它和电 能沿导线传输所产生的损耗类似。反射、折射
、 回声测深原理 1、水声学有关知识 5)声波在海水中的传播干扰 混响干扰 分类： ①体积混响：即散射体分布在整个海区，它是由于海水的不均匀性而造成 的声散射。 ②海面混响：即散射体分布在海表面附近，造成了具有一定厚度的散射层。 ③海底混响 类似海面一样，散射体分布在海底附近，它主要是由于海底的不均匀、不 平整和附集在海底附近的气泡以及靠近海底的生物层等所引起的散 射 以上三种混响在海洋中是同时存在而又无法截然分开的。但是在一定条件 以其中的二种或两种混响为主要
一、回声测深原理 1、水声学有关知识 5）声波在海水中的传播干扰 混响干扰 分类： ① 体积混响：即散射体分布在整个海区，它是由于海水的不均匀性而造成 的声散射。 ② 海面混响：即散射体分布在海表面附近，造成了具有一定厚度的散射层。 ③ 海底混响 类似海面一样，散射体分布在海底附近，它主要是由于海底的不均匀、不 平整和附集在海底附近的气泡以及靠近海底的生物层等所引起的散 射。 以上三种混响在海洋中是同时存在而又无法截然分开的。但是在一定条件 下，以其中的一种或两种混响为主要
回声测深原理 1、水声学有关知识 (5)声波在海水中的传播干扰 海洋噪声：水声中的各类噪声都是一种随机过程，现代各种水声导航仪器 都牛分重视对噪声的研究。 水中的噪声主要包括： ①海洋自然噪声 A:水动力噪声，海浪、海流、潮汐、地震、风雨等： B:海洋生物噪声，鱼群、虾群等。鲸鱼、海豚独特的嘘叫声， C：海洋中的人为噪声 D:海洋热噪声由于海水介质热动所产生的噪声。 ②目标辐射噪声 ③船舶的自噪声 其特点： ①接收换能器在航行中与水的撞击和摩擦： ②由于海水波浪对船体的冲击
一、回声测深原理 1、水声学有关知识 （5）声波在海水中的传播干扰 海洋噪声：水声中的各类噪声都是一种随机过程，现代各种水声导航仪器 都十分重视对噪声的研究。 水中的噪声主要包括： ① 海洋自然噪声 A：水动力噪声，海浪、海流、潮汐、地震、风雨等； B：海洋生物噪声，鱼群、虾群等。鲸鱼、海豚独特的嘘叫声； C：海洋中的人为噪声 D：海洋热噪声 由于海水介质热骚动所产生的噪声。 ② 目标辐射噪声 ③ 船舶的自噪声 其特点： ① 接收换能器在航行中与水的撞击和摩擦； ② 由于海水波浪对船体的冲击
一、回声测深原理 2、回声测深原理 冬回声测深的原理是基于声波在水中传播特性的理论，即利用 超声波在水中等速直线传播和具有反射特性的原理来测定水 深。 ÷由于超声波较其它声波的方向性好、穿透性强、放射性显著 和抗可闻声王扰性好等特点，所以回声测深仪是利用超声波 进行深度测量
一、回声测深原理 2、回声测深原理 ❖ 回声测深的原理是基于声波在水中传播特性的理论，即利用 超声波在水中等速直线传播和具有反射特性的原理来测定水 深。 ❖ 由于超声波较其它声波的方向性好、穿透性强、放射性显著 和抗可闻声干扰性好等特点，所以回声测深仪是利用超声波 进行深度测量
二、组成及各部分的主要作用 1、回声测深仪的组成 1)显示器(display unit) 测量显示系统(display system),发射系统(transmitting system)和接收系统(receiving system) (1)作用： 素额鹰费盛录机构，发射控制机构、控制整机工作状态的调整旋钮、开关及指示表等，内部还装有报警器 者99时袭智精整誉鞋橙紫鞋委线生具有 (2)显示方式： ①闪光式（转盘式） 转盘转速取决于测深仪的最大量程，其计算公式如下： N:转速(r/min) C:声速1500m/5 回声测深仪深度盘上“0”点闪光的时刻，表示超声波开始发过。 ②记录式IMO规定，测深仪的显示装置必须具有记录式。 ④指示式：将超声波往返的时间转换为电流或电压，由电流表或电压表指示。 (3)发射触发方式 ①机械触发式 ②电磁触发式 ③光电触发式 ④电子触发式
二、组成及各部分的主要作用 1、回声测深仪的组成 1）显示器（display unit） 测量显示系统（display system）、发射系统（transmitting system）和接收系统（receiving system）。 （1）作用： 装有深度指示或记录机构，发射控制机构、控制整机工作状态的调整旋钮、开关及指示表等，内部还装有报警器 和误差调节装置等。 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产生具有 一定功率和宽度的电脉冲，推动发射换能器工作。协调整机工作并控制发射时刻。计算、显示测量深度。 （2）显示方式： ①闪光式（转盘式） 转盘转速取决于测深仪的最大量程，其计算公式如下： N：转速（r/min） C：声速 1500m/s 回声测深仪深度盘上“0”点闪光的时刻，表示超声波开始发射。 ②记录式 IMO规定，测深仪的显示装置必须具有记录式。 ③数字式 ④指示式：将超声波往返的时间转换为电流或电压，由电流表或电压表指示。 （3）发射触发方式 ① 机械触发式 ② 电磁触发式 ③ 光电触发式 ④ 电子触发式
二、组成及各部分的主要作用 1、回声测深仪的组成 接鬣雾黍韩穆我期揍薯礬害，转染寄超搭霽配换龚泉水中发射超声波振荡脉冲，而且也能够把来自海底的反射超声 入 (3)安装要求 ①具有良好的指向性（半扩散角日。=10°一15）。 ②位置应在距船首1213船长处（不要小手1/5船长处）。 ③换能器平面力求水平，偏差不得大于1度（指南上为0°5）： ④不能降低船体强度，并应保持良好的水密： ⑤电缆要屏蔽，不能有接头。 ⑥换能器不应安装在排水管、海底阀或其它突出物的附近。 (4)注意事项 ①船出坞前应检查换能器表面不得有碰伤，不得涂油漆（因为油漆对声能的吸收很大），应保持清洁： ②磁致伸缩换能器初次使用或较长时间没有使用，必须对其进行充磁，否则，测深仪不能正常工作
二、组成及各部分的主要作用 1、回声测深仪的组成 2）换能器 （1）作用 将发射系统输出的电振荡脉冲，转换为机械振动，并向水中发射超声波振荡脉冲，而且也能够把来自海底的反射超声 波振荡脉冲转换为电振荡信号，一个可逆的声电换能器。 （2）分类 ①按作用分为：发射换能器(transmitting transducer)和接收换能器(receiving transducer)； 发射换能器向海底发射超声波脉冲。 ②按工作原理分为： 磁致伸缩换能器(magnetostrictive transducer)和电致伸缩换能器(piezoelectric transducer) （3）安装要求 ①具有良好的指向性（半扩散角 θ。＝10～15）。 ②位置应在距船首1／2～1／3船长处（不要小于1/5船长处）。 ③换能器平面力求水平，偏差不得大于1度（指南上为0．5）； ④不能降低船体强度，并应保持良好的水密； ⑤电缆要屏蔽，不能有接头。 ⑥换能器不应安装在排水管、海底阀或其它突出物的附近。 （4）注意事项 ①船出坞前应检查换能器表面不得有碰伤，不得涂油漆（因为油漆对声能的吸收很大），应保持清洁； ②磁致伸缩换能器初次使用或较长时间没有使用，必须对其进行充磁，否则，测深仪不能正常工作