回声测深仪计量检定装置的研究

　　港口码头建设、航道整治以及通航建设等施工中对水深都有严格的要求，当前对水深的测量多使用单波束或多波束测深仪。浅水回声测深仪计量检定装置的主要配套设备是专用标准水池，将测深转变为测距，采用横向测长直接比对的方法，用测深仪示值与已知距离进行比对计算测量误差，利用此方法将受边界条件限制，仅能进行短距离“浅水”对比。模拟检定装置是用模拟信号发生器调节脉冲延时的方法，将模拟回波信号作为测深回波显示深度变化，以设定深度与测深仪示值进行校准比对，其优点是量程范围较宽，可根据要求随意设定测深量程，设备简单在实验室即可完成检定。

　　1基本工作原理

　　回声测深仪的测深原理是基于声波在水中传播特性的理论，声波从一种介质进入另一种介质，其速度将会发生变化，并能产生反射、折射、散射等物理现象，在传播过程中声波能量将随距离的增加而逐渐衰减[1-2]。利用声波来测量水深乃是最方便和最准确的方法之一。

　　1.1测量水深的原理

　　使用回声测深仪测量水深，可以利用测杆将换能器探入水下，亦可将换能器安装在船底(图1)。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h之间的距离为S，称为基线。发射换能器A以间歇的形式向水下发射频率为20～200kHz的超声波，声波达到水底后，一部分能量被吸收，一小部分能量被反射回来，接收换能器B将反射回来的声振动变为电振荡，通过电路放大、转换后显示并记录出水深[3]。

　　设自发射脉冲声波的瞬时起，至接收换能器收到回波的时间为t，则换能器表面至水底的距离(水深)h，可由下式求出水深

　　式中：

　　H为水面至水底的深度，m;

　　D为水面至基线水平面之间的距离即换能器深度，m;

　　S为发、收换能器之间距离，m;

　　C为声波在水中的传播速度，m/s。

　　设声波在水中的传播速度为C，其为温度、盐度和深度的函数，在海水中一般用下式计算[4]

　　式中：t为水温，℃;

　　S为盐度;

　　h为深度，m。

　　即便在同一地点，白天和晚上的声速都不同，一般均采用1500m/s作为标准值计算，现场实测经过声速仪校正，测距精度可以大为提高。

　　式(1)中设C=1500m/s，并令。

　　则

　　一旦时间t确定后，便可测出水深。

　　1.2测深仪的组成框图

　　仪器开机后由记录器控制激发装置，并使发射系统产生电脉冲，测深仪是用以测定声波自发射至接收的时间，把时间函数编撰为深度，用一定的机构和方式将所测量的深度用LED显示器、记录器或计算机将深度值显示出来[5-6]。