多功能测深仪校准

1.概述

多功能测深仪是集成水深测量、潮位观测及部分水文参数采集功能的电子设备，广泛应用于航道疏浚、水下地形测绘、港口工程及水文测验。为确保测量数据的准确性与溯源性，需依据国家计量检定规程及相关技术标准，对其测深性能进行定期校准。本文件规定了多功能测深仪校准的技术条件、操作流程及结果判定方法，适用于回声测深仪（单频、双频）及配备姿态传感器的多功能测深系统的校准。

2.校准前准备

2.1环境条件

校准应在标准检定水槽、专用校准水池或具备已知精确深度的开阔水域进行。水体应清洁，无大量悬浮物、气泡及强烈紊动。声速传播条件稳定，水温变化每小时不超过±0.5℃。现场无强电磁干扰及强声源干扰。环境风速应小于5m/s，水面波浪起伏不大于±5cm。

2.2标准器与设备

标准深度基准：经检定的一等钢卷尺、激光测距仪（Ⅱ级）或标准水位尺，其扩展不确定度（k=2）应优于被校仪器最大允许误差的1/3。

声速测量设备：声速剖面仪或便携式声速计，分辨力不低于0.1m/s。

辅助设备：高精度温度计（分度值0.01℃）、盐度计、秒表、水准仪、校准支架、便携式计算机及仪器配套软件。

姿态模拟器（如适用）：用于模拟横摇、纵摇角度的标准角度发生器。

2.3仪器检查

外观检查：检查换能器表面无划痕、无剥落；电缆无破损；主机及显示器按键功能正常，接口完好。

通电检查：开机后自检程序运行正常，增益、功率、量程等参数可调，屏幕显示清晰，无杂波或死区。

参数初始化：根据校准水域条件，预设声速、发射频率、脉冲宽度及吃水改正数。

3.校准项目与操作流程

3.1换能器安装检查与吃水校正

使用水准仪测量换能器底面至船舶基线（或安装支架基准面）的垂直距离，即为吃水值。将该值输入仪器进行吃水校正。检查换能器安装角度，确保其声轴垂直向下，倾斜度偏差不超过±0.5°。

3.2声速校准

声速误差是测深仪系统误差的主要来源。

使用声速剖面仪或声速计测量校准水域的实际声速值。

将实测声速值手动输入测深仪，替换仪器内置的经验声速值。

若仪器具备声速实时测量功能，比对仪器内置声速传感器读数与标准声速计的读数，偏差应不超过±1.0m/s。

3.3零点校准

在换能器脱离水面（空气中）或置于已知精确深度的浅水区（如0.5m），启动测量。检查仪器显示的初始深度值。若存在零点漂移，通过软件或硬件调节将其修正至±1cm范围内。

3.4示值误差校准

采用标准深度比对法：

布设：将换能器固定于校准支架上，确保换能器完全浸入水中且与池底（或标准反射靶）平行。

深度点选取：在仪器量程范围内选取至少5个校准点（如1m、3m、5m、10m、20m）。

测量操作：待水面平静后，启动仪器进行测量。每个深度点连续读取10个稳定显示值，取算术平均值作为该点仪器示值。

标准值确定：

在水槽中：使用钢卷尺测量换能器发射面至池底的垂直距离作为标准值。

在开阔水域：使用经检定的水位计测量水面高程，结合已知的水底高程，计算实际水深作为标准值。

数据记录：记录各深度点的标准值、仪器示值及对应的声速、水温。

3.5重复性校准

在中等深度点（如5m），重复测量10次。计算10次测量值的实验标准差及相对标准差（RSD）。重复性限应不超过最大允许误差的1/2。

3.6姿态传感器校准（适用于多波束或姿态补偿测深仪）

利用姿态模拟器或物理倾斜台，模拟横摇和纵摇角度（如±5°、±10°）。检查仪器输出的姿态角与实际模拟角度的偏差，偏差应不超过±0.1°。验证仪器在倾斜状态下的水深修正算法准确性，确保斜距经姿态改正后的垂直深度误差在允许范围内。

3.7换能器性能检查

检查盲区范围是否符合说明书指标。检查最小测深能力和最大测深能力，在临界深度处，仪器应能稳定跟踪底回波，且无失波现象。

4.数据处理与结果判定

4.1计算公式

示值误差：Δd=di−ds

式中，di为仪器第i次示值的平均值，ds为标准深度值。

相对误差：Er=dsΔd×100%。

重复性（实验标准差）：s=n−1∑i=1n(di−dˉ)2

式中，n为测量次数，dˉ为n次测量值的算术平均值。

总不确定度：综合声速误差、换能器安装误差及读数误差，评定扩展不确定度。

4.2技术指标要求

依据JJG881-2019《回声测深仪检定规程》及SL/T185-2023《水文仪器通则》：

示值误差：不超过±1cm（水深≤10m时）或±0.1%读数（水深>10m时）。

重复性：实验标准差s≤1.0cm。

盲区：不大于说明书标称值。

姿态角误差：不超过±0.2°。

4.3结果判定

若所有校准点的示值误差均在允许范围内，且重复性、姿态传感器精度符合要求，判定校准合格。若存在不合格项，需检查换能器灵敏度、声速设置或重新进行安装校正后复校。

5.校准周期与记录

校准周期：建议每12个月校准一次。在频繁更换作业水域、经历强烈撞击或长时间停用后，应立即校准。

校准记录：记录应包含仪器型号、编号、换能器频率、校准日期、水温、声速、各校准点的标准值、仪器示值、修正值、不确定度及校准员签名。记录保存期限不少于3年。

6.注意事项

校准前需彻底清洁换能器表面，去除附着的生物、油污及气泡，确保声耦合良好。

校准过程中，换能器正上方及附近水面不得有人走动或放置移动物体，防止产生虚假回波。

避免在进出水口附近进行校准，防止水流扰动影响声速场稳定性。

对于内置姿态传感器的系统，需定期进行罗经校准和倾斜补偿校准。

校准结束后，及时关闭电源，擦干换能器，存放于防潮、防震的专用箱中。