教案25(推算航位導航系統(tǒng) )課件

一、磁羅經(jīng)二、陀螺羅經(jīng)三、速度計程儀四、回聲測深儀五、自動操舵儀課題二十五、推算航位導航系統(tǒng)

一、磁羅經(jīng)課題二十五、推算航位導航系統(tǒng)1一、磁羅經(jīng)利用自由支持的磁針在地磁作用下穩(wěn)定指北的特性，取得方位基準，測出船舶航向或物標方位的一種儀器。從構(gòu)造來分，磁羅經(jīng)有四種，即臺式、桌式、移動式和反映式。磁羅經(jīng)有構(gòu)造簡單、不依賴于電源、不易損壞和價格低廉等優(yōu)點，所以它至今仍然是不可缺少的航海儀器之一。磁羅經(jīng)使用時必須進行誤差修正。誤差隨時間、地點、航向而變化，修正比較復雜。一、磁羅經(jīng)利用自由支持的磁針在地磁作用下2二、陀螺羅經(jīng)以陀螺儀為核心元件，指示船舶航向的導航設備，稱為陀螺羅經(jīng)又稱電羅經(jīng)。陀螺羅經(jīng)依靠陀螺儀的定軸性和進動性，借助于其控制設備和阻尼設備，能自動指北并精確跟蹤地球子午面。它的功用與磁羅經(jīng)相近，但其精度更高，而且不受地球磁場和鋼質(zhì)船體等鐵磁物質(zhì)的影響，是船舶指示航向基準的主要設備。作為提供真北基準的指向儀器。二、陀螺羅經(jīng)以陀螺儀為核心元件，3它是根據(jù)法國學者Ｌ·傅科１８５２年提出的利用陀螺儀作為指向儀器的原理而制造的。德國人安許茨于１９０８年、英國人Ｓ·Ｇ·布朗于１９１６年分別制成以他們的姓氏命名的陀螺羅經(jīng)，布朗羅經(jīng)后又發(fā)展為阿馬－布朗羅經(jīng)。陀螺羅經(jīng)有兩個優(yōu)點：既不因接近金屬面偏轉(zhuǎn)，又把向真北而北磁化。最優(yōu)良的是美國人斯佩里１９１１年所制的陀螺羅經(jīng)，后在“德拉威”號航上試驗成功，很快就被美國海軍采用。

它是根據(jù)法國學者Ｌ·傅科１８５２年提出的4陀螺羅經(jīng)由主羅經(jīng)和附屬儀器兩部分組成，它正在向著尺寸小、重量輕、使用壽命長、維修方便、操作簡單的趨勢發(fā)展，并能適用于大、中、小型船舶。它的靈敏部分一船都制成密封球形，并用特制的液體支承，以提高精確度和可靠性。陀螺羅經(jīng)由主羅經(jīng)和附屬儀器兩部分組成，它51、陀螺羅經(jīng)指北原理（1）自由陀螺儀及其特性①自由陀螺儀(freegyroscope)定義陀螺儀從廣義講就是一種能繞定點高速旋轉(zhuǎn)的對稱剛體。實用陀螺儀是高速旋轉(zhuǎn)的對稱剛體及其懸掛裝置的總稱。按其懸掛裝置不同分為單自由度陀螺儀(single-degreeoffreedomgyro.)、二自由度陀螺儀(two-degreeoffreedomgyro.)和三自由度陀螺儀(three-degreeoffreedomgyro.)。平衡陀螺儀(balancedgyroscope)：若陀螺儀的重心（G）與中心（O）重合。自由陀螺儀：重心（G）與中心（O）重合，不受任何外力矩作用的三自由度平衡陀螺儀。1、陀螺羅經(jīng)指北原理6②自由陀螺儀的結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子(gyrowheel)、轉(zhuǎn)子軸(spinaxis)（主軸）、內(nèi)環(huán)(horizontalring)、內(nèi)環(huán)軸(horizontalaxis)（水平軸）、外環(huán)(verticalring)、外環(huán)軸(verticalaxis)（垂直軸）、基座組成的。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角速度的方向稱為陀螺儀主軸的正端。自由陀螺儀結(jié)構(gòu)特點：有三個自由度，即主軸、水平軸和垂直軸；整個陀螺儀的重心與中心重合。②自由陀螺儀的結(jié)構(gòu)7圖8-2自由陀螺儀1-轉(zhuǎn)子；2--內(nèi)環(huán)；3-外環(huán)；4-固定環(huán)；5-基座圖8-2自由陀螺儀82、陀螺羅經(jīng)應用特點電羅經(jīng)與磁羅經(jīng)相比較，陀螺羅經(jīng)的主要優(yōu)點：指向精度高；多個復示器，有利于船舶自動化；不受磁干擾影響，指向誤差??；安裝位置不受限制等。主要缺點：必須有電源才能工作（可靠性較差）；工作原理、結(jié)構(gòu)復雜。電羅經(jīng)發(fā)展趨勢是體積小型化；廣泛采用先進技術；提高指向可靠性和使用壽命；簡化維護保養(yǎng)。2、陀螺羅經(jīng)應用特點9圖8-3數(shù)控電羅徑圖8-3數(shù)控電羅徑10圖8-4SC-60/120衛(wèi)星羅徑圖8-4SC-60/120衛(wèi)星羅徑11三、速度計程儀計量船舶航速和船舶累計航程的航海儀器。有拖曳式、轉(zhuǎn)輪式、水壓式、電磁式等多種。電磁計程儀根據(jù)電磁感應原理來測量船舶航程。優(yōu)點是線性好，靈敏度較高，因此使用較廣。多普勒計程儀利用發(fā)射的聲波和接收的水底反射波之間的多普勒頻移測量船舶相對于水底的航速和累計航程，精度高，但價格昂貴。三、速度計程儀計量船舶航速和船舶累計121、電磁計程儀（1）測速、計程原理利用電磁感應原理測量船舶相對水的速度和航程的計程儀。測速器件由倒“山”字型鐵芯、激磁繞組、信號電極等組成。1、電磁計程儀13圖8-5速度計程儀圖8-5速度計程儀14計程原理：船舶的航程是航速對時間的積累，設置航速積分器，測量航程并顯示。測速、計程原理框圖：圖8-6測速、計程原理框圖計程原理：船舶的航程是航速對時間的積累，設置航速積分器，測量15（2）主要組成及作用①傳感器傳感器是電磁計程儀的測速器件，分為平面型和導桿型兩種?，F(xiàn)多使用平面型。作用是將非電量的航速轉(zhuǎn)換為與航速成正比的電信號，便于傳輸、放大和處理。使用與保養(yǎng)：激磁電源要穩(wěn)定；傳感器艙室避免高溫和潮濕；進塢時，檢查傳感器電極有無損傷并進行清潔；在熱帶海域停泊時間較長時，應給傳感器通電。（2）主要組成及作用16②放大器組成：輸入電路、放大電路、變換電路、分頻電路、自校電路和電源電路。作用：放大傳感器送來的航速信號；抑制傳感器本身的缺陷產(chǎn)生的干擾信號；檢測放大器本身功能。③顯示器航速顯示和航程顯示。以CDJ-5型電磁計程儀為例，由傳感器、接線箱、放大器、開關箱和顯示器五部分。②放大器172、多普勒計程儀利用多普勒效應測量船舶絕對速度和航程或?qū)λ畬拥乃俣群秃匠痰挠嫵虄x。（1）測速器件測速器件為超聲波換能器。2、多普勒計程儀18（2）測速、計程原理在船底安裝發(fā)射超聲波和接收反射回波的換能器，發(fā)射、接收換能器以角向海底或某一水層發(fā)射超聲波和接收反射回波。船舶以航速V航行時，航速V在超聲波發(fā)射與接收方向的分量為Vcos，接收換能器接收反射回波的多普勒頻移為：f=·fT則：V=·f（測速原理公式）測得回波的多普勒頻移f，即可求得航速V。設置航速積分器就可以求得航程。（2）測速、計程原理19圖8-7多普勒計程儀測速、計程原理圖8-7多普勒計程儀測速、計程原理20（3）多普勒計程儀的組成及各部分的主要作用①換能器聲能與電能相互轉(zhuǎn)換的器件，一般由壓電陶瓷材料制成。安裝在船底靠近龍骨并與船首尾線相平行的船舶縱剖面內(nèi)，距船首船尾留有一定的距離。換能器的發(fā)射角（波束俯角）一般約為60，使船舶沿水平方向移動時，反射回波產(chǎn)生多普勒頻移。換能器的作用是將收發(fā)器送來的電振蕩信號轉(zhuǎn)換為超聲波信號發(fā)射，并接收被反射回來的超聲波信號，轉(zhuǎn)換為電信號送回收發(fā)器。（3）多普勒計程儀的組成及各部分的主要作用21②收發(fā)器包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、計算電路、補償電路、自校電路等單元。發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生具有一定頻率、一定脈沖寬度和功率的電振蕩信號，送給換能器；接收系統(tǒng)、計算電路和補償電路將換能器送來的回波信號經(jīng)放大處理后，求得多普勒頻移并變?yōu)楹剿傩盘査徒o顯示器。自校電路用于判斷計程儀本身工作性能的好壞。③顯示器雙波束多普勒計程儀不但能有效地消除船舶上下顛簸對測速的影響，還較好的消除了船舶縱搖對測速的影響和單波束計程儀的非線性測速誤差。②收發(fā)器22圖8-8多普勒計程儀的組成

圖8-8多普勒計程儀的組成233、聲相關計程儀(acousticcorrelationlog)

圖8-9聲相關計程儀原理圖3、聲相關計程儀(acousticcorrelation24利用對水聲信息的相關技術處理來測量船舶航速和累計船舶航程。特點：不但能夠測量船舶速度、航程，還可以測量水深，測量精度高。利用對水聲信息的相關技術處理來測量船舶航25聲相關計程儀組成及各部分的主要作用：一臺聲相關計程儀主要由換能器(transducer)（發(fā)射換能器Bt和接收換能器Bf、Ba）、電子柜(electronicunit)和顯示器組成。發(fā)射換能器Bt安裝在船底中部，由電子柜中發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生的電信號推動，以較大的波束寬度向垂直方向和船首、船尾（雙軸聲相關計程儀還向左右舷方向發(fā)射）方向發(fā)射超聲波。安裝在船底靠近船首的接收換能器Bf和靠近船尾的接收換能器Ba，分別接收反射回波信號并送到電子柜。聲相關計程儀組成及各部分的主要作用：26電子柜內(nèi)包括電源系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、放大器I、II和相關處理器III等。電源系統(tǒng)將船電轉(zhuǎn)換為計程儀所需要的電源；發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生具有較大功率的電信號推動發(fā)射換能器工作；放大器I、II分別放大來自兩個接收換能器的回波信號；相關處理器III對經(jīng)放大后的兩路回波信號進行延時、乘法、積分等相關運算處理，解算出航速信息、航程信息和水深信息，送給顯示器。而航速信息還送給ARPA等其他航海儀器，作為其自動航速輸入。顯示器將電子柜解算出的航速信息、航程信息和水深信息轉(zhuǎn)換為航速、航程和水深，并以數(shù)字方式顯示。電子柜內(nèi)包括電源系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、274、三種計程儀的比較與誤差分析電磁計程儀:相對計程儀，單軸計程儀，只能測量船舶對水的縱向航速、航程。測量精度受水流、傳感器工作性能、放大器線性程度和顯示器的顯示性能等影響?，F(xiàn)代船舶上使用較少。多普勒計程儀：與電磁計程儀相比較，測量精度高；門限速度??；能測船舶橫移速度，顯示方式精確m/s；能測船舶絕對速度，提供給其他航儀。測量誤差主要由于超聲波在水中的傳播速度發(fā)生變化引起的，誤差相對較小（若具有“水溫補償”和“鹽分補償”功能，誤差可忽略不計）當水深較深超過其跟蹤水深時，計程儀只能對水層跟蹤，測量相對水層的航速、航程。4、三種計程儀的比較與誤差分析28聲相關計程儀，功能比較齊全、比較先進。它與電磁計程儀比較具有測量精度高；能夠測量絕對航速、航程；能夠測量船舶橫移速度等優(yōu)點。與多普勒計程儀比較，它除了具有與多普勒計程儀相同的優(yōu)點外，在海底跟蹤狀態(tài)下還可以測量水深，即兼有測深儀的作用；測速精度不受超聲波在水中傳播速度變化的影響，比多普勒計程儀的測量精度高。多普勒計程儀和聲相關計程儀是現(xiàn)代船舶上使用最多的兩種計程儀。聲相關計程儀，功能比較齊全、比較先29四、回聲測深儀通過測量超聲波自發(fā)射經(jīng)水底反射至接收的時間間隔來測量船舶所處位置的水深的一種水聲儀器。其主要作用是發(fā)現(xiàn)水中障礙物，以保證船舶安全航行；其次當船舶在沿岸航行時，如果不可能用比較準確的方法來測定船位，則可以利用觀測某一物標的方位和根據(jù)當時所測得的水深，求出近似船位。回聲測深儀除助航外，還可用來進行水底地形的調(diào)查。如航道測繪、海圖測繪，海洋調(diào)查中水深數(shù)據(jù)都是由精密回聲測深儀提供的。四、回聲測深儀通過測量超聲波自發(fā)射30圖8-10回聲測深儀示意圖圖8-10回聲測深儀示意圖311、回聲測深儀組成及作用（1）顯示器顯示系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)：脈沖產(chǎn)生器以一定的時間間隔產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，控制計時器開始計時和控制發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)：產(chǎn)生具有一定功率和寬度的電脈沖，推動發(fā)射換能器工作。觸發(fā)脈沖器：機械觸發(fā)、電磁觸發(fā)、光電觸發(fā)和數(shù)字觸發(fā)器。其中光電觸發(fā)器使用較多，數(shù)字觸發(fā)器比較先進。接收系統(tǒng)：將來自接收換能器的海底回波信號，經(jīng)放大處理后，控制測量顯示系統(tǒng)計算出所發(fā)射的超聲波脈沖往返船底與海底之間的時間t，并按測深原理公式計算出船底到海底的水深（垂直距離），以一定的方式顯示。1、回聲測深儀組成及作用32顯示方式：閃光式（轉(zhuǎn)盤式）、記錄式、數(shù)字式等。閃光式顯示比較直觀、易讀取，不能保留水深數(shù)據(jù)，且存在零點誤差和時間電機轉(zhuǎn)速變化引起的測量誤差；記錄式顯示方式可記錄水深數(shù)據(jù)，較不直觀易讀，存在記錄零點誤差和時間電機轉(zhuǎn)速變化引起的測量誤差；數(shù)字式顯示方式是較先進，直觀易讀且可打印出來，不存在顯示零點誤差，也不采用時間電機計時。顯示方式：閃光式（轉(zhuǎn)盤式）、記錄式、數(shù)字33（2）換能器作用：是一種電、聲能量相互轉(zhuǎn)換裝置，分類：按作用不同：發(fā)射換能器和接收換能器；按工作原理不同：磁致伸縮換能器和電致伸縮換能器；按制造材料不同：壓電陶瓷材料（如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等）換能器和鐵磁材料（如鎳、鎳鐵合金等）換能器。（2）換能器34安裝注意事項：安裝在船底龍骨左邊或右邊，距船首約1/2～1/3船長處。表面必須水平，誤差不得超過1。換能器表面應保持清潔，不得涂油漆，清潔時不得有任何損傷。必須保持良好的水密性，否則將不能工作。安裝注意事項：35（3）電源系統(tǒng)作用：將船電轉(zhuǎn)換為測深儀的工作電源，可采用變壓器、逆變器或變流機。（3）電源系統(tǒng)362、回聲測深儀工作原理工作原理如框圖：顯示器中的脈沖觸發(fā)器以脈沖重復頻率產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，控制計時器計時和發(fā)射系統(tǒng)工作；發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生具有一定功率和寬度的電脈沖送到發(fā)射換能器；發(fā)射換能器將電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波脈沖向海底發(fā)射，經(jīng)海底反射回來的超聲波回波被接收換能器所接收，并轉(zhuǎn)換為電信號送到接收系統(tǒng)；接收系統(tǒng)將來自接收換能器的回波信號放大處理后送到顯示器；顯示器的計時裝置計算超聲波脈沖的傳播時間t并轉(zhuǎn)換為水深h，以一定的方式顯示；電源系統(tǒng)供給各部分所需要的工作電源。2、回聲測深儀工作原理373、回聲測深儀的使用

（1）回聲測深儀的主要技術指標①最大測深深度由發(fā)射功率和發(fā)射脈沖的重復周期T決定，在發(fā)射功率足夠大的情況下，由脈沖重復周期T所決定。同時，還必須考慮工作頻率和發(fā)射功率的關系。3、回聲測深儀的使用38hmax750T例：某船舶上的回聲測深儀的脈沖重復周期T設計為0.3s，其最大測深深度為225m；另一船舶上回聲測深儀的最大測量深度為400m，則其設計的脈沖重復周期T約為0.6s。遠洋船舶的最大測深400m以上，近海船舶的最大測深深200m。海洋測量船舶的最大測深2000~10000m以上。②最小測深深度由發(fā)射脈沖的寬度決定。hmax750T39hmin750

例：某船舶回聲測深儀的脈沖寬度設計為0.2ms，其最小測深深度為0.15m，若某船上回聲測深儀的最小測深深度為1m，則其設計脈沖寬度為1.4ms?；芈暅y深儀的最小測量深度一般為0.1m～1m。（3）脈沖重復頻率每秒鐘發(fā)射脈沖的個數(shù)，它的倒數(shù)稱為脈沖重復周期T(pulserepetitionperiod-PRP)，是決定回聲測深儀最大測深深度的因素之一，一般為0.3s～0.6s。hmin75040（4）脈沖寬度持續(xù)發(fā)射超聲波脈沖的時間稱為脈沖寬度。脈沖寬度越窄，最小測深深度越小，但脈沖寬度越窄往往平均發(fā)射功率越小，影響最大測深深度。近海船舶回聲測深儀一般采用窄脈沖發(fā)射，其最小測深深度和最大測深深度都較小。遠洋船舶回聲測深儀一般采用較寬脈沖發(fā)射，其最小測深深度和最大測深深度都較大。（5）工作頻率超聲波的低頻段頻率即20KHz～60KHz，最大為200KHz。（6）發(fā)射功率是決定最大測深深度的因素之一，一般為幾十瓦至幾百瓦。（4）脈沖寬度41圖8-11回聲測深儀工作原理框圖圖8-11回聲測深儀工作原理框圖42五、自動操舵儀船舶在水面航行主要是依靠舵來控制航向。自動操舵儀指代替舵手操舵，保證船舶自動跟蹤指令航向，達到自動保持與改變航向的目的。自動操舵儀不僅可以減輕舵手的勞動，而且在遠航時，在相同的航行條件下可以減少偏航次數(shù)，減少偏航值和偏舵角，因而可提高實際航速，縮短航程和航行時間，節(jié)省燃料，提高經(jīng)濟效益。五、自動操舵儀船舶在水面航行主要是依43以THD2001A自動操舵儀為例：THD-2001A航向自適應操舵儀是全數(shù)字控制、智能化的自適應操舵儀。它采用先進的計算機控制系統(tǒng)，具有世界上先進的控制算法，航向、舵角信號全數(shù)字化處理與顯示。當船舶在變海況、變速、變載航行時，能夠自動修正模型參數(shù)，做到最優(yōu)控制（動舵次數(shù)最少，偏航幅最小）。智能化的鍵盤設計，不但使儀器設計簡潔，操作上也更加方便。整套儀器外形美觀，功能完備，是現(xiàn)行艦船操控的理想產(chǎn)品。以THD2001A自動操舵儀為例：44主要技術參數(shù)：

電源電壓：3φ380V50Hz，供操舵系統(tǒng)；DC24V直流，供報警電源

轉(zhuǎn)舵速率:（2.5~5）°/秒

自動靈敏度:≤0.5°航向

隨動靈敏度:≤0.5°舵角

舵角限位：±35°（可調(diào)）

電磁閥功率：DC24V，3A主要技術參數(shù)：

電源電壓：3φ380V50Hz，供操舵系統(tǒng)45一、磁羅經(jīng)二、陀螺羅經(jīng)三、速度計程儀四、回聲測深儀五、自動操舵儀課題二十五、推算航位導航系統(tǒng)

一、磁羅經(jīng)課題二十五、推算航位導航系統(tǒng)46一、磁羅經(jīng)利用自由支持的磁針在地磁作用下穩(wěn)定指北的特性，取得方位基準，測出船舶航向或物標方位的一種儀器。從構(gòu)造來分，磁羅經(jīng)有四種，即臺式、桌式、移動式和反映式。磁羅經(jīng)有構(gòu)造簡單、不依賴于電源、不易損壞和價格低廉等優(yōu)點，所以它至今仍然是不可缺少的航海儀器之一。磁羅經(jīng)使用時必須進行誤差修正。誤差隨時間、地點、航向而變化，修正比較復雜。一、磁羅經(jīng)利用自由支持的磁針在地磁作用下47二、陀螺羅經(jīng)以陀螺儀為核心元件，指示船舶航向的導航設備，稱為陀螺羅經(jīng)又稱電羅經(jīng)。陀螺羅經(jīng)依靠陀螺儀的定軸性和進動性，借助于其控制設備和阻尼設備，能自動指北并精確跟蹤地球子午面。它的功用與磁羅經(jīng)相近，但其精度更高，而且不受地球磁場和鋼質(zhì)船體等鐵磁物質(zhì)的影響，是船舶指示航向基準的主要設備。作為提供真北基準的指向儀器。二、陀螺羅經(jīng)以陀螺儀為核心元件，48它是根據(jù)法國學者Ｌ·傅科１８５２年提出的利用陀螺儀作為指向儀器的原理而制造的。德國人安許茨于１９０８年、英國人Ｓ·Ｇ·布朗于１９１６年分別制成以他們的姓氏命名的陀螺羅經(jīng)，布朗羅經(jīng)后又發(fā)展為阿馬－布朗羅經(jīng)。陀螺羅經(jīng)有兩個優(yōu)點：既不因接近金屬面偏轉(zhuǎn)，又把向真北而北磁化。最優(yōu)良的是美國人斯佩里１９１１年所制的陀螺羅經(jīng)，后在“德拉威”號航上試驗成功，很快就被美國海軍采用。

它是根據(jù)法國學者Ｌ·傅科１８５２年提出的49陀螺羅經(jīng)由主羅經(jīng)和附屬儀器兩部分組成，它正在向著尺寸小、重量輕、使用壽命長、維修方便、操作簡單的趨勢發(fā)展，并能適用于大、中、小型船舶。它的靈敏部分一船都制成密封球形，并用特制的液體支承，以提高精確度和可靠性。陀螺羅經(jīng)由主羅經(jīng)和附屬儀器兩部分組成，它501、陀螺羅經(jīng)指北原理（1）自由陀螺儀及其特性①自由陀螺儀(freegyroscope)定義陀螺儀從廣義講就是一種能繞定點高速旋轉(zhuǎn)的對稱剛體。實用陀螺儀是高速旋轉(zhuǎn)的對稱剛體及其懸掛裝置的總稱。按其懸掛裝置不同分為單自由度陀螺儀(single-degreeoffreedomgyro.)、二自由度陀螺儀(two-degreeoffreedomgyro.)和三自由度陀螺儀(three-degreeoffreedomgyro.)。平衡陀螺儀(balancedgyroscope)：若陀螺儀的重心（G）與中心（O）重合。自由陀螺儀：重心（G）與中心（O）重合，不受任何外力矩作用的三自由度平衡陀螺儀。1、陀螺羅經(jīng)指北原理51②自由陀螺儀的結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子(gyrowheel)、轉(zhuǎn)子軸(spinaxis)（主軸）、內(nèi)環(huán)(horizontalring)、內(nèi)環(huán)軸(horizontalaxis)（水平軸）、外環(huán)(verticalring)、外環(huán)軸(verticalaxis)（垂直軸）、基座組成的。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角速度的方向稱為陀螺儀主軸的正端。自由陀螺儀結(jié)構(gòu)特點：有三個自由度，即主軸、水平軸和垂直軸；整個陀螺儀的重心與中心重合。②自由陀螺儀的結(jié)構(gòu)52圖8-2自由陀螺儀1-轉(zhuǎn)子；2--內(nèi)環(huán)；3-外環(huán)；4-固定環(huán)；5-基座圖8-2自由陀螺儀532、陀螺羅經(jīng)應用特點電羅經(jīng)與磁羅經(jīng)相比較，陀螺羅經(jīng)的主要優(yōu)點：指向精度高；多個復示器，有利于船舶自動化；不受磁干擾影響，指向誤差?。话惭b位置不受限制等。主要缺點：必須有電源才能工作（可靠性較差）；工作原理、結(jié)構(gòu)復雜。電羅經(jīng)發(fā)展趨勢是體積小型化；廣泛采用先進技術；提高指向可靠性和使用壽命；簡化維護保養(yǎng)。2、陀螺羅經(jīng)應用特點54圖8-3數(shù)控電羅徑圖8-3數(shù)控電羅徑55圖8-4SC-60/120衛(wèi)星羅徑圖8-4SC-60/120衛(wèi)星羅徑56三、速度計程儀計量船舶航速和船舶累計航程的航海儀器。有拖曳式、轉(zhuǎn)輪式、水壓式、電磁式等多種。電磁計程儀根據(jù)電磁感應原理來測量船舶航程。優(yōu)點是線性好，靈敏度較高，因此使用較廣。多普勒計程儀利用發(fā)射的聲波和接收的水底反射波之間的多普勒頻移測量船舶相對于水底的航速和累計航程，精度高，但價格昂貴。三、速度計程儀計量船舶航速和船舶累計571、電磁計程儀（1）測速、計程原理利用電磁感應原理測量船舶相對水的速度和航程的計程儀。測速器件由倒“山”字型鐵芯、激磁繞組、信號電極等組成。1、電磁計程儀58圖8-5速度計程儀圖8-5速度計程儀59計程原理：船舶的航程是航速對時間的積累，設置航速積分器，測量航程并顯示。測速、計程原理框圖：圖8-6測速、計程原理框圖計程原理：船舶的航程是航速對時間的積累，設置航速積分器，測量60（2）主要組成及作用①傳感器傳感器是電磁計程儀的測速器件，分為平面型和導桿型兩種?，F(xiàn)多使用平面型。作用是將非電量的航速轉(zhuǎn)換為與航速成正比的電信號，便于傳輸、放大和處理。使用與保養(yǎng)：激磁電源要穩(wěn)定；傳感器艙室避免高溫和潮濕；進塢時，檢查傳感器電極有無損傷并進行清潔；在熱帶海域停泊時間較長時，應給傳感器通電。（2）主要組成及作用61②放大器組成：輸入電路、放大電路、變換電路、分頻電路、自校電路和電源電路。作用：放大傳感器送來的航速信號；抑制傳感器本身的缺陷產(chǎn)生的干擾信號；檢測放大器本身功能。③顯示器航速顯示和航程顯示。以CDJ-5型電磁計程儀為例，由傳感器、接線箱、放大器、開關箱和顯示器五部分。②放大器622、多普勒計程儀利用多普勒效應測量船舶絕對速度和航程或?qū)λ畬拥乃俣群秃匠痰挠嫵虄x。（1）測速器件測速器件為超聲波換能器。2、多普勒計程儀63（2）測速、計程原理在船底安裝發(fā)射超聲波和接收反射回波的換能器，發(fā)射、接收換能器以角向海底或某一水層發(fā)射超聲波和接收反射回波。船舶以航速V航行時，航速V在超聲波發(fā)射與接收方向的分量為Vcos，接收換能器接收反射回波的多普勒頻移為：f=·fT則：V=·f（測速原理公式）測得回波的多普勒頻移f，即可求得航速V。設置航速積分器就可以求得航程。（2）測速、計程原理64圖8-7多普勒計程儀測速、計程原理圖8-7多普勒計程儀測速、計程原理65（3）多普勒計程儀的組成及各部分的主要作用①換能器聲能與電能相互轉(zhuǎn)換的器件，一般由壓電陶瓷材料制成。安裝在船底靠近龍骨并與船首尾線相平行的船舶縱剖面內(nèi)，距船首船尾留有一定的距離。換能器的發(fā)射角（波束俯角）一般約為60，使船舶沿水平方向移動時，反射回波產(chǎn)生多普勒頻移。換能器的作用是將收發(fā)器送來的電振蕩信號轉(zhuǎn)換為超聲波信號發(fā)射，并接收被反射回來的超聲波信號，轉(zhuǎn)換為電信號送回收發(fā)器。（3）多普勒計程儀的組成及各部分的主要作用66②收發(fā)器包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、計算電路、補償電路、自校電路等單元。發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生具有一定頻率、一定脈沖寬度和功率的電振蕩信號，送給換能器；接收系統(tǒng)、計算電路和補償電路將換能器送來的回波信號經(jīng)放大處理后，求得多普勒頻移并變?yōu)楹剿傩盘査徒o顯示器。自校電路用于判斷計程儀本身工作性能的好壞。③顯示器雙波束多普勒計程儀不但能有效地消除船舶上下顛簸對測速的影響，還較好的消除了船舶縱搖對測速的影響和單波束計程儀的非線性測速誤差。②收發(fā)器67圖8-8多普勒計程儀的組成

圖8-8多普勒計程儀的組成683、聲相關計程儀(acousticcorrelationlog)

圖8-9聲相關計程儀原理圖3、聲相關計程儀(acousticcorrelation69利用對水聲信息的相關技術處理來測量船舶航速和累計船舶航程。特點：不但能夠測量船舶速度、航程，還可以測量水深，測量精度高。利用對水聲信息的相關技術處理來測量船舶航70聲相關計程儀組成及各部分的主要作用：一臺聲相關計程儀主要由換能器(transducer)（發(fā)射換能器Bt和接收換能器Bf、Ba）、電子柜(electronicunit)和顯示器組成。發(fā)射換能器Bt安裝在船底中部，由電子柜中發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生的電信號推動，以較大的波束寬度向垂直方向和船首、船尾（雙軸聲相關計程儀還向左右舷方向發(fā)射）方向發(fā)射超聲波。安裝在船底靠近船首的接收換能器Bf和靠近船尾的接收換能器Ba，分別接收反射回波信號并送到電子柜。聲相關計程儀組成及各部分的主要作用：71電子柜內(nèi)包括電源系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、放大器I、II和相關處理器III等。電源系統(tǒng)將船電轉(zhuǎn)換為計程儀所需要的電源；發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生具有較大功率的電信號推動發(fā)射換能器工作；放大器I、II分別放大來自兩個接收換能器的回波信號；相關處理器III對經(jīng)放大后的兩路回波信號進行延時、乘法、積分等相關運算處理，解算出航速信息、航程信息和水深信息，送給顯示器。而航速信息還送給ARPA等其他航海儀器，作為其自動航速輸入。顯示器將電子柜解算出的航速信息、航程信息和水深信息轉(zhuǎn)換為航速、航程和水深，并以數(shù)字方式顯示。電子柜內(nèi)包括電源系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、724、三種計程儀的比較與誤差分析電磁計程儀:相對計程儀，單軸計程儀，只能測量船舶對水的縱向航速、航程。測量精度受水流、傳感器工作性能、放大器線性程度和顯示器的顯示性能等影響?，F(xiàn)代船舶上使用較少。多普勒計程儀：與電磁計程儀相比較，測量精度高；門限速度小；能測船舶橫移速度，顯示方式精確m/s；能測船舶絕對速度，提供給其他航儀。測量誤差主要由于超聲波在水中的傳播速度發(fā)生變化引起的，誤差相對較?。ㄈ艟哂小八疁匮a償”和“鹽分補償”功能，誤差可忽略不計）當水深較深超過其跟蹤水深時，計程儀只能對水層跟蹤，測量相對水層的航速、航程。4、三種計程儀的比較與誤差分析73聲相關計程儀，功能比較齊全、比較先進。它與電磁計程儀比較具有測量精度高；能夠測量絕對航速、航程；能夠測量船舶橫移速度等優(yōu)點。與多普勒計程儀比較，它除了具有與多普勒計程儀相同的優(yōu)點外，在海底跟蹤狀態(tài)下還可以測量水深，即兼有測深儀的作用；測速精度不受超聲波在水中傳播速度變化的影響，比多普勒計程儀的測量精度高。多普勒計程儀和聲相關計程儀是現(xiàn)代船舶上使用最多的兩種計程儀。聲相關計程儀，功能比較齊全、比較先74四、回聲測深儀通過測量超聲波自發(fā)射經(jīng)水底反射至接收的時間間隔來測量船舶所處位置的水深的一種水聲儀器。其主要作用是發(fā)現(xiàn)水中障礙物，以保證船舶安全航行；其次當船舶在沿岸航行時，如果不可能用比較準確的方法來測定船位，則可以利用觀測某一物標的方位和根據(jù)當時所測得的水深，求出近似船位?；芈暅y深儀除助航外，還可用來進行水底地形的調(diào)查。如航道測繪、海圖測繪，海洋調(diào)查中水深數(shù)據(jù)都是由精密回聲測深儀提供的。四、回聲測深儀通過測量超聲波自發(fā)射75圖8-10回聲測深儀示意圖圖8-10回聲測深儀示意圖761、回聲測深儀組成及作用（1）顯示器顯示系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)：脈沖產(chǎn)生器以一定的時間間隔產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，控制計時器開始計時和控制發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)：產(chǎn)生具有一定功率和寬度的電脈沖，推動發(fā)射換能器工作。觸發(fā)脈沖器：機械觸發(fā)、電磁觸發(fā)、光電觸發(fā)和數(shù)字觸發(fā)器。其中光電觸發(fā)器使用較多，數(shù)字觸發(fā)器比較先進。接收系統(tǒng)：將來自接收換能器的海底回波信號，經(jīng)放大處理后，控制測量顯示系統(tǒng)計算出所發(fā)射的超聲波脈沖往返船底與海底之間的時間t，并按測深原理公式計算出船底到海底的水深（垂直距離），以一定的方式顯示。1、回聲測深儀組成及作用77顯示方式：閃光式（轉(zhuǎn)盤式）、記錄式、數(shù)字式等。閃光式顯示比較直觀、易讀取，不能保留水深數(shù)據(jù)，且存在零點誤差和時間電機轉(zhuǎn)速變化引起的測量誤差；記錄式顯示方式可記錄水深數(shù)據(jù)，較不直觀易讀，存在記錄零點誤差和時間電機轉(zhuǎn)速變化引起的測量誤差；數(shù)字式顯示方式是較先進，直觀易讀且可打印出來，不存在顯示零點誤差，也不采用時間電機計時。顯示方式：閃光式（轉(zhuǎn)盤式）、記錄式、數(shù)字78（2）換能器作用：是一種電、聲能量相互轉(zhuǎn)換裝置，分類：按作用不同：發(fā)射換能器和接收換能器；按工作原理不同：磁致伸縮換能器和電致伸縮換能器；按制造材料不同：壓電陶瓷材料（如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等）換能器和鐵磁材料（如鎳、鎳鐵合金等）換能器。（2）換能器79安裝注意事項：安裝在船底龍骨左邊或右邊，距船首約1/2～1/3船長處。表面必須水平，誤差不得超過1。換能器表面應保持清潔，不得涂油漆，清潔時不得有任何損傷。必須保持良好的水密性，否則將不能工作。安裝注意事項：80（3）電源系統(tǒng)作用：將船電轉(zhuǎn)換為測深儀的工作電源，可采用變壓器、逆變器或變流機。（3）電源系統(tǒng)812、回聲測深儀工作原理工作原理如框圖：顯示器中的脈沖觸發(fā)器以脈沖重復頻率產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，控制計時器計時和發(fā)射系統(tǒng)工作；發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生具有一定功率和寬度的電脈沖送到發(fā)射換能器；發(fā)射換能器將電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波脈沖向海底發(fā)射，經(jīng)海底反射回來的超聲波回波被接收換能器所接收，并轉(zhuǎn)換為電信號送到接收系統(tǒng)；接收系統(tǒng)將來自接收換能器的回波信號放大處理后送到顯示器；顯示器的計時裝置計算超聲波脈沖的傳播時間t并轉(zhuǎn)換為水深h，以一定的方式顯示；電源系統(tǒng)供給各部分所需要的工作電源。2、回聲測深儀工作原理823、回聲測深儀的使用

（1）回聲測深儀的主要技術指標①最大測深深度