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深速儀工作原理
聲速儀是測量海水中聲波傳播速度的儀器,又稱聲速計。現(xiàn)代聲速儀多采用環(huán)鳴法(即脈沖循環(huán)法)原理。
測量海水中聲波傳播速度的儀器,又稱聲速計。其基本原理是通過測量聲波在海水中固定距離內(nèi)的傳播時間來計算聲速。主要的工作原理有相位法和環(huán)鳴法等。在20世紀前期,采用間接測量法測定海水中的聲速,即測量海水的溫度、鹽度及深度等參數(shù),然后按經(jīng)驗公式計算海水中的聲速。到20世紀40年代末才開始研制直接測量聲速的儀器,1957年出現(xiàn)了環(huán)鳴式聲速儀,60年代開始廣泛使用聲速儀測量海水聲速。運用相位法原理的聲速儀,因其測量范圍比較小,未能廣泛應(yīng)用。
環(huán)鳴式聲速儀的探頭由換能器及固定在定距離的反射面組成,測量時置于水中。在電信號激勵下,換能器發(fā)出起始聲脈沖,聲波經(jīng)過水中長度固定的通道到達反射面,再反射回換能器。放大了的接收信號重新激勵發(fā)射器,觸發(fā)第二個聲脈沖。如此循環(huán),形成系列脈沖。測出脈沖重復(fù)的頻率,并對電路的時延進行補償,則聲速等于脈沖重復(fù)頻率與聲程長度的乘積。
聲速儀的測量范圍通常為1400~1600米/秒,度可達0.1米/秒。脈沖重復(fù)頻率般為幾千赫到幾十千赫,脈沖信號的載頻(基頻)為3~5兆赫。為減少溫度對聲程長度的影響,探頭的安裝結(jié)構(gòu)需要用線膨脹系數(shù)小的材料(例如殷鋼)制造。
為了便于艦艇和直升飛機在航行中測量聲速在深度方向的變化(聲速垂直分布),有些聲速儀使用投棄式(即次投放后不回收)探頭。探頭在水中勻速下沉時,探頭內(nèi)的測量裝置測出聲速并由細導(dǎo)線將信息傳送到儀器。探頭的深度可根據(jù)下沉時間計算,也可以用深度傳感器直接測量。隨著探頭下沉,X-Y函數(shù)記錄儀就畫出條聲速隨深度的變化曲線。
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