测深仪的各项技术原理
前言:仪器仪表在船舶、机械行业的应用
仪器仪表行业进入“十二五”,发展绿色、新能源等新兴产业,重视生态环保是重要的趋势。仪器仪表是创新的源泉,对于发展绿色低碳经济具有重要的意义。我国仪器仪表市场虽与国外有很大的差距,但从未停止发展,特别是近两年许多新兴产业的出现,也对仪器仪表行业产生了很大的影响。新兴产业的快速发展,带动了仪器仪表行业,智能化技术也让仪器仪表行业向高端制造业转型。仪器仪表行业产生较大影响的新兴产业,当属低碳经济。中国国际经济合作学会经济合作部副主任、中国企业走出去研究中心常务副主任杨金贵指出,低碳经济以其独特的优势和巨大的市场已经成为世界经济发展的热点,与仪器仪表行业有着息息相关的带动作用。与此同时,仪器仪表具有“三高三低”——高技术、高投入、高产出、低能耗、低材耗、低污染的特点,许多产品是技术密集和劳动密集相结合。低碳经济的发展势必
带动仪器仪表需求的上升。
近年来,我国大力发展船舶及海洋工程配套产业将为船用仪器仪表行业发展提供广阔的市场空间。船舶自动化、大型化、信息化趋势将推动船用仪器仪表的大理应用和技术进步,海洋工程装备由浅海装备向深海装备发展,将拓展船用仪器仪表的产品领域。这些产品作为能耗计量器具直接进入家庭或相关环境监测组织用来监测二氧化碳排放,其市场前景和市场容量都是巨大的。
海洋声学仪器发展迄今为止,出现突飞猛进的技术飞跃,国际上推出许多先进的海洋声学设备,如:多波速海底成像系统、侧扫声纳、浅层剖面仪、水下声标应答器等等,而测深仪只是声学仪器家族中最常用的一种设备。目前国际上大多型号的测深仪还是采用机械记录针式或热敏记录方式。丹麦的E-sea sound率先采用了数字成像测深仪,但价格昂贵(每台售价在30万元人民币以上),而且只能存储30分钟的图像数据。国内目前使用最多的测深仪还是机械记录针式的,体积大,功耗大,故障率高。中海达公司经过多年的研究,率先推出HD-17/HD-18型数字成像式测深仪,把打在记录纸上的模拟信号,用数字化图像的方法显示出来,并可以存贮,事后可随时回放和打印,用先进数字处理的方法捕捉水底回波信号,既精度高,又稳定可靠,用电子闪存,可存储20 60小时的记录图像数据,还配有USB存储盘,随时可将数据导出。中海达公司同时还推出了HD-16型轻巧工程测深仪,应该是目前最轻巧的测量型测深仪。虽然它只显示和输出
水深无图象记录,但所得到的水深也是经过复杂的数字处理的,精度高而又可靠。中海达测深仪是目前国内商品化测深仪中最先进的测深仪,最轻巧的测量型测深仪。虽然它只显示和输出水深无图象记录,但所得到的水深也是经过复杂的数字处理的,精度高而又可靠。中海达测深仪是目前国内商品化测深仪中最先进的测深仪。
一、回声测深仪原理
假设声波在水中的传播水面速度为V,当在换能器探头加窄脉冲声波信号,声波经探头发射到水底,并由水底反射回到探头被接收,测得声波信号往返行程所经历的时间为t,
则: Z= Vt/2
二、水底信号识别技术
虽然回深测深的原理很简单,但水中的情况却是很复杂的,有干扰回波、有鱼群出没或杂物的回波,水底的反射条件各不相同,在浅水区还有可能出现二次、三次回波,如何从众多的杂波中跟踪得到真正的水底回波信号,需要采用相关的技术。
1.水底门跟踪技术(也叫时间门跟踪技术)
由于水底的变化是比较平缓的,两次测深之间(约0.1秒),水深变化不会太大,我们假定二次深度的变化量为±10%,则我们就在上次正确回波时刻前10%×Z到后10%×Z开一道时间门,只有在时间门内的回波我们才认为是正确的回波,这±10%就叫时间门宽度,一旦时间门内没有回波,就进行全程搜索回波,直到重新捕获真正的回波。
2.脉宽选择
对回波的脉冲宽度加以限制,对于脉宽小于限值的回波脉冲,则认为是干扰信号,不同的反射底质所形成的脉宽都是不一样的,脉宽设置过大,会造成没有可用的回波,所以脉宽限制不宜设置过大。
3.浅水抑制
如果你所测的区域的水深一定比某个值大,如一定大于5米,则可加入5米的浅水抑制,则5米以内的回波不予采用。
4.自动增益控制
该项技术可以根据测量回波脉冲的峰值来确定回波信号的强度,回波信号过强时自动控制接收放大电路降低增益,以防止干扰信号过多。当回波信号幅度过小时,自动控制接收放大电路提高增益,以接收回波。
5.时间增益控制( TVG):
声波在水中传播按指数规律衰减,为保持信号幅度的平稳,TVG将控制接收放大器按相反规律增长放大倍数,就是时间增益控制。
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