便携式测深仪校准

一、校准目的

便携式测深仪用于江河、湖泊、水库、渠道等水域的水深现场测量。受换能器表面老化、内部计时电路漂移、声速参数设置偏差、机械磨损等因素影响，仪器的测量示值会产生系统性误差。校准工作的目的是验证仪器在不同水深条件下的测量准确度，确定修正系数，确保水深测量数据满足水文、航道及工程勘测规范的精度要求。

二、校准条件与准备

1. 环境条件

校准可在室内标准水池或室外平静水域进行。环境温度控制在5℃～35℃。校准水域应无强水流、无密集气泡和大量悬浮物，水面波动幅度不超过±2cm。现场记录水温、气温、水体盐度或电导率。

2. 标准器具

根据测深仪的测量原理和量程选用相应标准器具：

标准钢卷尺或铟钢尺：精度等级不低于Ⅱ级，量程覆盖被测水深范围，用于直接测量实际水深作为标准值；

标准液位标尺：固定于水池侧壁，刻度分辨率不低于1mm；

标准温度计：精度不低于0.1℃，用于测量水体温度以计算实际声速；

标准声速仪（适用时）：用于精确测定水体中的实际声速值；

标准平板反射靶：材质均匀的刚性平板，用于干式校准中的距离标定；

已知深度的标准水池：池底平整，深度标记经计量检定合格。

所有标准器具须在检定有效期内，校准记录中须注明器具名称、编号及有效期截止日。

3. 技术资料

准备仪器的出厂说明书、出厂检定证书、历史校准记录，确认仪器型号、测量范围、工作频率、标称精度、原厂声速设置值及换能器入射角参数。

三、外观与功能性检查

1. 外观检查

检查仪器外壳、显示屏、按键及接插件有无破损、变形或腐蚀。对于分体式测深仪，检查换能器电缆有无折断、接头密封是否完好。

2. 换能器检查

目视检查超声波换能器发射面，表面应平整光洁，无划痕、气泡、涂层剥落或污渍。必要时使用无水乙醇和软布清洁。对于带有透声罩的型号，检查透声罩有无裂纹或内部进水。

3. 电气性能检查

使用万用表测量仪器供电电压是否在额定范围内。检查电池电量指示是否正常。对于有外接电源输入的型号，验证电源适配器的输出电压稳定性。

4. 自检功能验证

开机进入仪器自检模式，确认系统对换能器激励信号、接收通道增益、噪声电平进行自检并能正常通过。记录自检结果。

四、干式校准

1. 距离标定

在无水环境下，将标准平板反射靶置于换能器正前方已知距离处，距离值d₀由标准量具测定。启动仪器，记录其显示的距离值d₁。计算距离示值误差Δd = d₁ - d₀。改变靶板距离，在仪器量程范围内选取不少于5个距离点重复上述操作。各点的相对误差应不超过仪器标称精度的限值。

2. 声速参数验证

查阅仪器内部设定的声速值c_set，与当时环境温度下空气中的理论声速值进行比较。空气声速可按公式 c = 331.4 + 0.606 × t（t为气温，单位℃）计算。若仪器显示声速值与理论值偏差超出允许范围，应修正声速参数设置。

五、湿式校准（标准水池法）

1. 标准水深测定

使用经检定的标准钢卷尺垂直放入标准水池中，从固定的基准面（池边零点标记）向下测量至池底的垂直距离，作为标准水深值H_s。测量时卷尺应保持垂直，不得倾斜。重复测量3次，取算术平均值。

2. 仪器安装与定位

将便携式测深仪换能器平稳置于水面基准面上方固定位置，确保换能器发射面平行于水面且浸没深度一致。记录换能器入水深度h₀。对于带杆式支架的仪器，直接使用支架将换能器固定在已知高度处。

3. 浅水区校准

在标准水池水深较浅的区域（通常为仪器量程的10%～30%），启动仪器进行测量。记录仪器显示的水深值H_m。计算示值误差ΔH = H_m - H_s。每点连续测量不少于5次，取平均值。浅水区校准重点检验仪器的盲区范围和近场测量能力。

4. 中深水区校准

依次在标准水池的不同深度区域进行测量，校准点应覆盖仪器量程的20%、40%、60%、80%、100%。每个校准点重复测量不少于5次，取算术平均值作为该点的实测值。记录每次测量的标准水深值、仪器示值、示值误差及相对误差。

5. 声速修正验证

测量校准水域的实际水温，按淡水声速经验公式 c = 1402.388 + 5.0383T - 0.0580T² + 0.0002T³（T为水温，单位℃）计算实际声速。将计算得到的声速值输入仪器，观察示值变化。比较输入修正声速前后的测量误差，验证仪器声速补偿功能的有效性。

6. 不同水体条件下的校准（适用时）

对于设计用于咸淡水兼测的仪器，分别在淡水和配制的不同盐度水体中重复上述校准步骤，评估盐度变化引起的声速变化对测量精度的影响。记录各盐度条件下的修正参数。

六、现场比对验证

在校准完成后，选择一处已知深度的天然水域或人工试坑进行现场比测。使用标准测深杆或经校准的固定式测深设备在同一位置进行同步测量。采集不少于10组有效比对数据，计算便携式测深仪与标准测量方法的相对偏差。相对偏差应满足《水道观测规范》（SL 257）或相关行业标准中关于水深测量精度的要求。

七、重复性测试

在量程中间点（约50%满量程处）连续进行10次独立测量，每次测量间隔不少于30s。按贝塞尔公式计算实验标准偏差：

s r  =     n − 1   ∑ i=1 n (x i  −  x ˉ) 2

式中： x i 为第 i次测量值； x ˉ为 n次测量的算术平均值； n =  10。

重复性以相对标准偏差表示，应不超过仪器标称精度的1/3。

八、盲区与最大量程验证

1. 盲区测试

在标准水池中从最小可测深度开始，逐步减小水深，记录仪器能够稳定显示有效读数时的最小水深值。该值即为实际盲区，应与制造商给出的标称盲区进行比较。

2. 最大量程测试

在标准水池最大深度处进行测量，验证仪器在该深度下能否输出稳定可靠的读数。若水池深度不足以覆盖仪器标称量程上限，应在现场比对中使用已知深水区域进行补充验证。

九、数据处理与不确定度评定

1. 校准数据处理

汇总各校准点的标准水深值、仪器实测值、示值误差及相对误差。绘制标准水深—实测水深关系散点图，进行线性回归拟合，得到修正系数k和截距b：

H corrected  =  k ⋅  H measured  +  b

式中： H corrected 为修正后水深； H measured 为仪器实测水深； k为比例修正系数； b为系统偏移量。

计算拟合相关系数 R 2，应不小于0.99。

2. 测量不确定度评定

依据JJF 1059系列规范，分析不确定度来源，主要包括：标准水深测量的不确定度、仪器读数重复性引入的不确定度、声速设置偏差引入的不确定度、水温变化对声速的影响分量、换能器入水深度测量误差。合成标准不确定度及扩展不确定度（k=2）应在校准报告中给出。

十、校准结果判定

将各校准点的示值误差与仪器技术条件规定的允许误差进行比较。全部校准点均满足要求时，判定该校准合格。任一校准点超差，需分析原因：若为声速参数设置不当，可重新输入正确的声速值；若为比例系数漂移，可通过更新修正系数恢复精度；若为硬件故障（换能器老化、计时电路损坏等），应停用维修后重新校准。

十一、校准周期

便携式测深仪建议校准周期为12个月。在以下情形下应提前校准：

仪器跌落、碰撞或浸水后；

换能器表面出现可见损伤或严重污染；

测量数据出现异常跳变或与比测结果系统性偏离超过允许限差；

长期存放（超过6个月）后重新启用；

更换换能器或主控电路板后；

仪器经过运输振动后首次使用前。

十二、校准记录与证书

校准工作应形成完整的原始记录，内容包括：仪器名称、型号、出厂编号、使用单位、校准日期、环境条件（水温、气温、盐度等）、标准器具信息、各校准点原始数据、修正系数、不确定度评定结果、校准结论、校准人员及核验人员签名。校准合格后出具校准证书；不合格时出具校准结果通知书，注明超差项目和数据。所有记录保存期限不少于3个校准周期。