測深設備
正文
測量水深的航海儀器,也是進行水道測量所必備的工具。測深錘 源於原始的水深測量工具測深桿(俗稱花桿)。把測深桿垂直插入水中觸及水底,觀測桿上的深度標記即可得知測點的水深。測深桿僅適用於淺水水域。用系鉛錘的繩索代替竹竿,繩索上以不同顏色的標記表示深度,稱為測深錘,又稱水砣,沿用至今已有2000年的歷史。在船舶上,測深錘一般適用於測量30米內的水深,當船舶靜止時,可達60米。
機械測深機 1878年,W.湯姆森根據水深與壓力成正比的原理,製成機械測深機。它在接近鉛錘處的鋼索上繫上測深玻璃管,內塗遇海水變色的化學品,開口端向下,當鉛錘觸及海底時,在水壓作用下,海水進入管內,根據玻璃管變色的長度,可知水深。它的測量深度可達180米左右,但誤差較大,且受航速和氣象條件的影響。
回聲測深儀 1918年,法國物理學家P.郎之萬利用聲波在水中傳播的速度基本恆定的特性,發明了回聲測深儀。這種儀器測量速度快,準確度高,可在極短的時間內,連續得到多測點的深度,基本上達到聯點成線的要求,可進行線測深。
回聲測深儀是目前測量水深使用最廣的一種設備,由發射器、發射換能器、接收換能器、接收器、顯示器和電源裝置組成。顯示器按顯示水深的方式,分為指針式、閃光式、記錄式、數字式和圖象式等。一部回聲測深儀可具有一種或數種顯示方式。為確保船舶安全航行和便於讀取水深,顯示器部分可增設淺水警報裝置和換能器深度修正裝置。聲波在水中傳播是有損耗的。因此船用回聲測深儀的工作頻率、最小作用深度和最大作用深度等技術指標,應視測深儀的測量使用範圍而異。通常,工作頻率選取在14~200kHz左右(深水用低檔,淺水用高檔)。高頻最小作用深度可達0.1~0.3米;低頻最大作用深度可達萬米。 回聲測深原理如圖所示,測量聲波自發射換能器A到水底返回至接收換能器B所經歷的時間t(秒),可以計算水深H(米): 式中D為換能器的吃水即換能器深度(米);h為測量深度(米);S為發射換能器A和接收換能器B之間的距離即基線長(米)。當聲速c採用1500米/秒標準值而忽略S/2時,計算水深的公式可寫作: t是惟一變數,測得聲波往返時間t便可求得水深。用回聲測深儀測量水深,常因測區的實際聲速與設計聲速的差異,顯示器內時間電機的轉速不穩,零點信號標誌的偏移,換能器安裝位置不佳以及環境條件的影響而產生誤差。使用時應加以檢查、調整和修正。深度測量誤差容許值一般是:測量水深範圍在10米以內為0.01~0.1米;10~100米為0.1~1米;1000米以上為1~5米。國際海事組織規定深度測量誤差容許值為±5%。此外,水底為斜坡時,發射聲波將隨坡度的不同而分先後反射回來,在指示器上將出現一個相當寬的回波信號帶,也會產生誤差。
1963年,S.F.A.弗倫特霍爾茲利用從船舷伸出的托架,安裝了25個換能器,對海底進行成片測深,這是面測深技術的開端。70年代,法國研製成多波束回聲測深儀,可以同時測量十幾條線的水深數據,使面測深技術有了發展。1973年芬蘭建造的“艾里斯托”號測量船,安裝有回聲掃描系統,聲掃描的寬度為40米,通過測量信息處理機和計算中心,可迅速測量出海底深度和繪製出海圖,使測深技術達到新的高度。