大连海事大学电航仪器教案：第六章船用回声测深仪

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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

2、船用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

3、硬沙平底硬沙石砾，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

4、计算深度。一、回声测深基本原理一、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

5、海仪器（电）13三、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。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

6、，二者关系为：者关系为：chTmax2T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

7、种类：机械触发，电磁触发，光电触发，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

8、方向产生相应的伸的作用下，沿磁力线方向产生相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

9、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