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回声测深仪（echo sounder）

回声测深原理
1水声学关知识
声波(acoustic wave)
声源(acoustic source)
声波三频率段：
20Hz 声波称次声波(infrasonic wave)
20Hz~20KHz 称闻声波(voiced wave)
20KHz 称超声波(ultrasonic)
频率高抗干扰性水声仪器广泛利
种均匀理想介质中恒速传播直线传播
两种介质面反射折射散射传播

超声波水中传播速度
国采计算公式：C 1450+406t00366t2+1137(σ−35)+···
国际威尔逊计算公式：C 14492+4623t00546t2+1391(σ−35)+··
式中 t 水度温
σ 水含盐度
公式省略项中含水静压力素
回声测深仪测深原理中超声波水中传播速度取值 1500ms

影响超声波水中传播速度素：
水温增加 1°C声速约增加 33ms
含盐度增加 1‰声速约增加 12ms
水深增加 100m声速约增加 33ms
中
水深变化引起静压力温度变化造成声速变化值相互抵消
三素中水温变化声速影响需进行补偿

超声波水中传播时量损耗：吸收损耗扩散损耗

超声波传播程中受干扰：
海洋生物海水运动船舶身等产生海洋噪声干扰
海水超声波次反射形成混响干扰

2回声测深原理 —————————————————————————————————————————— 2
船底安装发射超声波换器(transducer)A 接收反射回波换器 B
回声测深仪测深原理公式：
水深：H D+ h
h：船底海底垂直距离
D：船舶吃水
hMO (AO)2(AM)2
22
2
1
2
1( ）（） SCt −
S→0S
2 0
：
h 2)2
1( Ct
1
2 Ct750t
测深原理：超声波水中
传播速度 C 作已知恒速换器
基线 S 作零通测量超声波
返海底时间 t计算求水深 h
原理缺陷：水深精度受超
声波水中传播速度 C 变化影响
换器基线 S 零影响
二回声测深仪组成部分作
1回声测深仪组成作
1）显示器(display unit)
显示系统发射系统(transmitting system)接收系统
显示系统(display system)：脉产生器(pulse generator)定时间间隔产生触发
脉控制计时器开始计时控制发射系统
发射系统(transmitting system)：产生具定功率宽度电脉推动发射换器
工作
触发脉器：机械触发电磁触发光电触发数字触发器
中光电触发器较数字触发器较先进
接收系统(receiving system)：接收换器海底回波信号放处理控
制测量显示系统计算出发射超声波脉返船底海底间时间 t测深原理公
式计算出船底海底水深（垂直距离）定方式显示
显示方式(display mode)：闪光式(flashing mode)（转盘式）记录式(record mode)
数字式(digital mode)等
闪光式显示较直观易读取保留水深数存零点误差时间电机转速变
化引起测量误差

图 2157 —————————————————————————————————————————— 3
记录式显示方式记录水深数较直观易读存记录零点误差时间电机转速变
化引起测量误差
数字式显示方式较先进直观易读印出存显示零点误差采时
间电机计时
2）换器
作：种电声量相互转换装置
分类：
作：发射换器(transmitting transducer) 接收换器(receiving
transducer)
工作原理：磁致伸缩换器(magnetostrictive transducer)电致伸缩换器
(piezoelectric transducer)
制造材料：压电陶瓷材料（钛酸钡锆钛酸铅等）换器(piezoceramic
transducer)铁磁材料(ferromagnetic transducer)（镍镍铁合金等）换器
安装注意事项：安装船底龙骨左边右边距船首约1
2 ～1
3船长处
表面必须水误差超 1°
换器表面应保持清洁涂油漆清洁时损伤
必须保持良水密性否工作
3）电源系统
作：船电转换测深仪工作电源采变压器逆变器变流机
2回声测深仪工作原理
工作原理框图：
显示器中脉触发器脉重复频率产
生触发脉控制计时器计时发射系统工作
发射系统产生具定功率宽度电脉
送发射换器
发射换器电脉转换超声波脉
海底发射海底反射回超声波回波接
收换器接收转换电信号送接收系
统
接收系统接收换器回波信号放
处理送显示器
显示器计时装置计算超声波脉传播
时间 t 转换水深 h定方式显示
电源系统供部分需工作电源
三回声测深仪
1回声测深仪技术指标
1）测深深度（maximum detectable depth hmax）

图 2159 —————————————————————————————————————————— 4
发射功率发射脉重复周期 T 决定发射功率足够情况脉重复周
期 T 决定时必须考虑工作频率发射功率关系
hmax ≤ 750T
例 213：某船舶回声测深仪脉重复周期 T 设计 03s测深深度 225m
船舶回声测深仪测量深度 400m设计脉重复周期 T 约 06s
远洋船舶测深 400m 海船舶测深深 200m海洋测量船舶测
深 2000~10000m
2）测深深度（minimum detectable depth hmin）
发射脉宽度 τ 决定
hmin ≥ 750τ
例 214：某船舶回声测深仪脉宽度 τ 设计 02ms测深深度 015m
某船回声测深仪测深深度 1m 设计脉宽度 τ 14ms回声测深仪
测量深度般 01m～1 m
3）脉重复频率（pulse repetition frequencyPRFF）
秒钟发射脉数倒数称脉重复周期 T(pulse repetition periodPRP)
决定回声测深仪测深深度素般 03 s～06s
4）脉宽度（pulse durationτ）
持续发射超声波脉时间称脉宽度脉宽度越窄测深深度越脉宽
度越窄均发射功率越影响测深深度
海船舶回声测深仪般采窄脉发射测深深度测深深度较
远洋船舶回声测深仪般采较宽脉发射测深深度测深深度较
5）工作频率(operating frequency)
超声波低频段频率 20KHz ～60KHz 200KHz
6）发射功率(transmitting power)
决定测深深度素般十瓦百瓦
2影响正常测深素
1）水中气泡(bubble)影响
船舶倒车处风浪中时船底换器周围水层中存量气泡
吸收换器发射超声波量海底反射回微弱超声波回波
2）船舶倾斜（摇摆）影响
船舶倾斜摇摆角度(tilt or swing angle)β 波束开角 θ 半时（β>θ
2 ）海底
反射回超声波回波达接收换器接收面接收回波信号测水深
回声测深仪发射超声波波束开角 θ 般 20° ～30°
3）海底底质(undersea sediment)影响
光滑岩石超声波反射效果淤泥超声反射效果差碎石沙子超声
波反射效果般
4）海底形影响 —————————————————————————————————————————— 5
回声测深原理知回声测深仪测量船底海底水深严格说应该测量船底
换器位置海底水深果海底形(bottom contour)坦时回声测深仪显示水
深整船底水深船舶处浅水区时应充分注意种影响防止船舶搁浅
5）船底污物杂草等影响
换器发射超声波量衰减减测深力直接超声波反射回接收
换器接收显示水深海底水深某水层水深
3测深误差(sounding error)
1）声速误差(acoustic velocity error)
实际声速设计声速相等
实际声速设计声速测量水深实际水深实际声速设计声速测量水深
实际水深
设置温度补偿盐分补偿水深补偿消声速误差
2）基线误差( ground line error)
发射换器接收换器分离测深仪换器基线零测量显示水
深利 h 750t 计算产生测深误差称测深仪基线误差
测量水深 5m 时基线误差较应考虑测深精度影响
3）时间电机转速误差(speed of revolution error of timingmotor)
采闪光式记录式显示方式回声测深仪时间电机计时器件时间电机实际
转速等设计转速产生测深误差称回声测深仪时间电机转速误差
时间电机实际转速设计转速测量水深实际水深时间电机实际转速设计
转速时测量水深实际水深
发现存时间电机转速误差时通时间电机调速装置时间电机转速调整设
计转速时间电机转速误差消
4）零点误差(zero point error)
回声测深仪显示水深时显示发射零点标志水深刻度零点位置读
取水深数存误差种固定误差
通零点调整装置显示发射零点标志调整水深刻度零点零点误差消
4回声测深仪
1）阿特拉斯（ATLAS）型回声测深仪
（1）开关旋钮名称作
ATLAS 型回声测深仪操作面板图 2160 示 —————————————————————————————————————————— 6
①开关（main switch）：控制电源接通断开
②基量程选择开关(basic range)：三档选择量程
③移相量程选择(phasing range)：扩量程选择
④增益(gain)：调节回波清晰度
⑤零位调节(zero line)：调整发射零点标志水深刻度零点致
⑥明控制(illumination control)：调节显示明
⑦灰黑控制旋钮（greyblack recording）：探测鱼群
（2）方法
①开关指示1位置接通测深仪电源
②基量程选择旋钮移相量程选择选钮选择合适量程
③调节增益旋钮回波清晰
④必时调节明控制旋钮显示明合适
（3）注意
①时更换记录纸
②常检查时间电机转速显示零点存误差应时消
③测量浅水水深记录水深标志较宽时应该读取前应水深数
④船舶长期停泊时应隔半月通电次次通电时间少 4h电子器
件潮二防止换器表面孳生海生物
⑤风浪中航行倒车时换器周围存量气泡影响测深仪正常工作宜
测深
2）SKIPPER ED162 型回声测深仪

图 2160 —————————————————————————————————————————— 7

（1）开关旋钮名称作
①电源增益旋钮（powergain control）：
接通显示器电源调节水深显示增益
②明旋钮（illumination control）：
调节记录显示面板明亮度
③量程选择记录器开关（measurement
range selector and recorder switch）：
选择显示方式显示方式档次
④报警深度预置（preselection of warning depth）：数
字键预置报警水深数
⑤记录纸速度控钮（record paper speed control）： 12～
12mmin 范围调节记录纸移动速度
⑥时间增益控钮（TVG）：抑制浅水回波接收增益水深
增加逐渐增加
⑦定位标志钮（fixing mark key）：记录纸标记读取水深刻度位置
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）：选择交流电源直流电源
（2）方法
①接通显示器面板电源增益开
关整机工作
②根需调节明控钮显示器
明合适
③根需选择显示方式量程选择
O1 O2 时（ O 10～999mO20～500m）数
字显示选择 ABCD 档（A0～10m
B0～25mC0～50mD0～500m）时数
字显示记录显示
④适调节电源增益旋钮记录水深
标志清晰出现水深标志
⑤检查记录零点否正确零点标志
0刻度应调整正确
⑥根需选择记录纸速度
⑦根需设置深度报警功深度报
警数
⑧根需读取水深数
（3）注意
图 2161

图 2162
1电源增益控制2明旋钮3量程选择
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面板开启钮 —————————————————————————————————————————— 8
SKIPPER ED162 型回声测深仪时应注意事项：
①做日常显示器部清洁工作灰尘杂物保持干燥
②说明书求定期机械传动部件加注润滑油
③船舶坞修时应检查清洁换器工作面硬器敲刮伤换器工作面
换器工作面涂油漆
④记录笔长期金属丝磨损记录纸保持良接触应时检查
予更换检查方法揿定位标志钮观察定位标志线否直连续发现定位
标志线直出现断续金属丝拉出段距离（约 10mm）调整记录笔记录纸
夹角般调 45°～60°宜
⑤求检查馈电刷馈电导板间否保持良接触接触良会导致水深记录
标志连续尤浅水信号弱时必须定期检查维护检查维护方法手
转动传动皮带检查记录笔记录纸接触时馈电刷数金属丝应馈电导板相接
触少数金属丝接触必须调整更换馈电刷更换馈电刷时应先金属丝捆扎
起然钳子心金属丝线弯曲直数金属丝馈电导板相接触止

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