理论教育 海洋水文测量中的声学验潮仪原理

海洋水文测量中的声学验潮仪原理

时间:2023-09-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:声学式验潮仪属无井验潮仪,根据其声探头(换能器)安装在空气中或水中而分为两类。这种验潮仪的安装一般需在海底打桩,将验潮仪安装在桩的顶部。探头安置在水中的声学式验潮仪一是将一声学探头安放在海底,定时垂直向上发射声波,并接收海面的回波以测量安放点的水深,此种方法由于声学探头需有电缆连接,因此不能离岸较远。声学式验潮仪在离岸较远的验潮点不便使用,在冬季岸边海水结冰后,声学式验潮仪一般无法工作。

海洋水文测量中的声学验潮仪原理

声学式验潮仪属无井验潮仪,根据其声探头(换能器)安装在空气中或水中而分为两类。探头安置在空气中的声学式验潮仪(如国家海洋局海洋技术研究所生产的声学式验潮仪)是在海面以上固定位置安放一声学发射接收探头,探头定时垂直向下发射超声脉冲,声波通过空气到达海面并经海面反射返回到声学探头,通过检测声波发射与海面回波返回到声探头的历时来计算出探头至海面的距离,从而得到海面随时间的变化。潮汐数据可存放于存储器内。待测量结束后提取出来,其潮高为:

式中,H为潮高,m;h为声探头在深度基准面以上的高度,m;Δt为声脉冲在声探头与瞬时海面之间的往返时间,s;c为超声脉冲在空气中的传播速度,m/s,为已知量,它是大气压力、温度和湿度的函数。

这种验潮仪的安装一般需在海底打桩,将验潮仪安装在桩的顶部。通过联测的方法找到大地基准面与验潮仪零点的关系。这种验潮仪的特点在于:由于其安装位置可距海面较近,声波在空气中的行程短,因此精度较高;由于设备安装在水上,因此可通岸电,即使无岸电也可用电池,更换电池也较方便,且该设备成本较低。但是由于其需打桩的安装要求,使它需以海岸作为依托,不能离岸较远,因此测量水深一般较浅。(www.daowen.com)

探头安置在水中的声学式验潮仪一是将一声学探头安放在海底,定时垂直向上发射声波,并接收海面的回波以测量安放点的水深,此种方法由于声学探头需有电缆连接,因此不能离岸较远。二是根据类似于测深仪的原理,选一块平坦的海区,将声学探头放置于海面固定载体上,一般为船或固定漂浮物,定时向海底发射声波,通过检测海底回波以检测载体所在位置的水深。这两种声学验潮方法的特点是,精度较低,首先仪器本身存在至少几厘米的固有误差,另外测量精度与声学探头的姿态有关,同时一般水声换能器有一定的盲区,因此根据换能器的不同,安放位置需要有一定的水深。而在此深度内,海水中的声速不是恒定的,它随海水温度及盐度的变化而改变,同时还受到海水中的悬浮物等因素的影响,水深越浅影响越大。因此声速误差将影响到测深精度。声学式验潮仪在离岸较远的验潮点不便使用,在冬季岸边海水结冰后,声学式验潮仪一般无法工作。

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