机电专业毕业论文.doc

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1、渤海船舶职业学院毕业设计（论文）题目：测深仪原理及电气控制系统分析系：机电工程系 专业：机电一体化姓名： 指导教师： 班级：09G451 评阅教师：学号：09 完成日期：毕业设计说明书（论文）中文摘要题目：测深仪原理及电气控制系统图摘要: 回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备得到了广泛地应用。所有这样的设备都有一个共同的特点：它们都利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波沿海水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收。然后再由声纳员或计算机处理收到的信号，进而确定目标的参数和类型。 回声探测设备也是不尽相同的，所以他们也往往会使用不同的发射和接收换能器，因

2、此，声信号的频率和波形也有所不同。其实，不同回声探测设备的不同差别最主要的差别主要是在对回波信号的不同处理方法上。现在，、这种原理已经被广泛地应用在以下水电设备中：回声测深仪、侧扫声纳、声学多普勒海流计和鱼探仪等。这些仪器设备的发明和使用为研究海洋、开发海洋、利用海洋做出了重要的贡献。关键词:回声测深仪 声波反射目录一、船舶知识简介1.船舶定义2.发展历程3.分类及主要性能4.船舶构造及吨位二、船用测深仪原理分析2.1 船用测深仪简介2.2 船用测深仪原理分析三、电气控制系统分前言 测深仪是航海电子仪器的的重要组成部分,对于保证航行安全起到重要的安全作用. 用于船舶测深的方法很多，除了最原始的

3、测深尺外,还有微波测深法，激光测深法，超声波测深法，超声波具有束射和反射特性，基本上可以沿直线传播，其能量远远大于相同振幅的低频声波，超声波在水下传播的距离要比光和电磁波要远的多，故广泛应用在水下障碍物的探测和识别，定位和导航中。 回声测深仪或超声测深仪是利用超声波的性质和特点研制的测深设备，用以测定船舶所在海域的水深，即测量船底到海底之间距离的一种声学测量设备，它为船舶航道航行提供深度，并确定航行障碍物的性质和深度。1. 船舶定义 用于交通、运输、捕捞水生物、开发海底矿藏、港湾服务、运动游览、科学调查及测量、工程作业、救险、国防军事等水上、水面及水下各种运载工具的统称船舶，各种船只的总称。海

4、商法中所称的船舶仅指以商业行为为目的，能够在海上（包括与海相通的水域）航行的船舶。这种船舶的特点是：（1）必须专以商业贸易为目的的商船，不包括军舰、公务船、海船和灯船等。但有的国家的立法（如前苏联的海商法典，也有将捕鱼和其他用途的船舶包括在内）；（2）必须是可以在海上航行的船舶，凡是不能出海的船舶或者浮坞，以及不符合一定规格的船舶，例如总吨数不满二十吨的机动船舶或摇橹船等都不包括在内。海商法中的船舶还需具有下述不动产性和人格性的特征：（1）不动产性是指船舶虽然是动产，但在法律上视为不运产。对船舶的所有权，抵押权和租赁权的保存、设定、移转、变更、限制、处分或消灭，必须向有关国家主管机关登记。有关

5、动产买卖的法律，不适合于船舶买卖；（2）人格性是指船舶类似自然人的人名、国籍和住所，因此，船舶必须有名称、国籍和船籍港，船舶依其国籍可分为本国船舶和外国船舶；依其经营方式可区分为班轮，不定期轮和租船；依其用途，可区分为客船、货船和客货船等等。2. 发展历程船舶从史前刳木为舟起，经历了独木舟和木板船时代，1879年世界上第一艘钢船问世后，又开始了以钢 船舶船为主的时代。船舶的推进也由19世纪的依靠人力、畜力和风力(即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆)发展到使用机器驱动。 1807年，美国的富尔顿建成第一艘采用明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙脱”号，时速约为 8公里/小时；1839年，第一艘装有螺旋桨推进器

6、的蒸汽机船“阿基米德”号问世，主机功率为58.8千瓦。这种推进器充分显示出它的优越性，因而被迅速推广。 1868年，中国第一艘载重600吨、功率为288千瓦的蒸汽机兵船“惠吉”号建造成功。1894年，英国的帕森斯用他发明的反动式汽轮机作为主机，安装在快艇“透平尼亚”号上，在泰晤士河上试航成功，航速超过了60公里。 早期汽轮机船的汽轮机与螺旋桨是同转速的。后约在1910年，出现了齿轮减速、电力传动减速和液力传动减速装置。在这以后，船舶汽轮机都开始采用了减速传动方式。 19021903年在法国建造了一艘柴油机海峡小船；1903年，俄国建造的柴油机船“万达尔”号下水。20世纪中叶，柴油机动力装置遂成

7、为运输船舶的主要动力装置。 英国在1947年，首先将航空用的燃气轮机改型，然后安装在海岸快艇“加特利克”号上，以代替原来的汽油机，其主机功率为1837千瓦，转速为3600转/分，经齿轮减速箱和轴系驱动螺旋桨。这种装置的单位重量仅 船舶为2.08千克/千瓦，远比其他装置轻巧。60年代先后，又出现了用燃气轮机和蒸汽轮机联合动力装置的大、中型水面军舰。 当代海军力量较强的国家，在大、中型船舰中，除功率很大的采用汽轮机动力装置外，几乎都采用燃气轮机动力装置。在民用船舶中，燃气轮机因效率比柴油机低，用得很少。 原子能的发现和利用又为船舶动力开辟了一个新的途径。1954年，美国建造的核潜艇“鹦鹉螺”号下水

8、，功率为11025千瓦，航速33公里；1959年，前苏联建成了核动力破冰船“列宁”号，功率为32340千瓦；同年，美国核动力商船“萨瓦纳”号下水，功率为14700千瓦。 现有的核动力装置都是采用压水型核反应堆汽轮机，主要用在潜艇和航空母舰上，而在民用船舶中，由于经济上的原因没有得到发展。7080年代，为了节约能源，有些国家吸收机帆船的优点，研制一种以机为主、以帆助航的船舶。用电子计算机进行联合控制，日本建造的“新爱德丸”号便是这种节能船的代表。 古代中国是当时造船和航海的先驱。春秋战国时期就有了造船工场，能够制造战船；汉代已能制造带舵的楼船；唐、宋时期，河船和海船都有突出的发展，发明了水密隔壁

9、；明朝的郑和七次下西洋的宝船，在尺度、性能和远航范围方面，都居世界领先地位。 近代中国造船业发展迟缓。18651866年，清政府相继创办江南制造总局和福州船政局，建造了“保民”“建威”“平海”等军舰和“江新”“江华”等长江客货船。 新中国成立后，船舶工业有了很大发展，50年代建成一批沿海客货船、货船和油船。60年代以后，中国的造船能力提高得很快，陆续建成多型海洋运输船舶、长江运输船舶、海洋石油开发船舶、海洋调查船舶和军用舰艇，大型海洋船舶的吨位已达30万以上载重吨。除少数特殊船舶外，中国已能设计制造各种军用舰艇和民用船舶。 近年来，中国造船在世界造船市场的份额迅速提高，2008、2009年这两

10、年中国的造船业在国际市场的地位进一步的提高：2008年，中国造船完工量、承接新船订单和手持船舶订单分别占世界市场份额的29.5%、37.7%和35.5%；与2007年的同期相比，完工量和手持订单量分别提高了6.5%和2.5%；中国造船完工量、手持船舶订单量连续6年保持了快速的增长，三大造船指标已经全面超过日本成为世界第二造船大国。2009年，中国造船完工量、新接船舶订单量、手持船舶订单量分别占世界造船市场份额的34.8%、61.6%和38.5%；比2008年底分别提高了5.3%、23.9%和3%；从年新接船舶订单来说，2009年底中国已经成为世界第一；从年底手持订单的份额来说，2009年底中国

11、已经成为世界第一；从年底造船完工量来说，中国2009年底已经成为世界第二；三大造船指标中的两项都超过了日本，至此，中国已堪称世界造船第一大国。3. 分类及主要性能。船舶分类方法很多，可按用途、航行状态、船体数目、推进动力、推进器等分类 船舶。 按用途，船舶一般分为军用和民用船舶两大类。军用船舶通常称为舰艇或军舰，其中有直接作战能力或海域防护能力者称为战斗舰艇，如航空母舰、驱逐舰、护卫舰、导弹艇和潜艇，以及布雷、扫雷舰艇等，担负后勤保障者称为军用辅助舰艇。民用船舶一般又分为运输船、工程船、渔船、港务船等。 按船舶的航行状态通常可分为排水型船舶、滑行艇、水翼艇和气垫船； 按船舶的船体数目可分为单体

12、船和多体船，在多体船型中双体船较为多见； 按推进动力可分为机动船和非机动船 ，机动船按推进主机的类型又分为蒸汽机船(现已淘汰)、汽轮机船、柴油机船、燃气轮机船、联合动力装置船、电力推进船、核动力船等； 按船舶推进器又可分为螺旋桨船、喷水推进船、喷气推进船、明轮船、平旋轮船等 ，空气螺旋桨只用于少数气垫船；按机舱的位置，有尾机型船(机舱在船的尾部)，中机型船和中尾机型船；按船体结构材料，有钢船、铝合金船、木船、钢丝网水泥船、玻璃钢艇、橡皮艇、混合结构船等。 按照国籍分为国轮（指在内国登记并悬挂内国国旗的船舶）与外轮（指在外国登记并悬挂外国国旗的船舶）。 按照航程远近分为近海轮与远洋轮。两者的航行

13、能力是不同的。 船舶的主要技术特征有船舶排水量，船舶主尺度、船体系数、舱容和登记吨位、船体型线图、船舶总布置图、船体结构图、主要技术装备的规格等。 根据阿基米德原理，船体水线以下所排开水的重量，即为船舶的浮力，并应等于船舶总重量。船的自重等于空船排水量。船的自重加上装到船上的各种载荷的重量的总和(载重量)是变化的，即等于船的总重量。 船舶载重量包括货物、燃油和润滑油、淡水、食物、人员和行李、备品及供应品等的重量。通常预定的设计载货量与按预定最大航程计算的油、水、食物等的重量之和，称为设计载重量。设计载重量时的排水量称为设计排水量或满载排水量。 船舶主尺度包括总长、设计水线长度、垂线间长、最大船

14、宽、型宽、型深、满载(设计)吃水等。钢船主尺度的度量指量到船壳板内表面的尺寸，称为型宽和型深，水泥船、木船等则指量到船体外表面的尺寸。 舱容指货舱、燃油舱、水舱等的体积，它是从容纳能力方面表征船舶的装载能力、续航能力，它影响船舶的营运能力。登记吨位是历史上遗留下的用以衡量船舶装载能力的度量指标，作为买卖船舶、纳税、服务收费的依据之一。登记吨位和载重量分别反映船舱的容纳能力和船的承重能力。它们虽互有联系，但 属不同的概念。 船体形线图是表征船舶主体(包括舷墙和首楼、尾楼)的型表面的形状和尺寸，是设计和建造船舶的主要图纸之一。它由三组线图构成：横剖线图、半宽水线图和纵剖线图。三者分别由横剖面、水线

15、面和纵剖面与船体型表面切割而成。 船舶总设计图是设计和建造船舶的主要图纸之一，它反映船的建筑特征、外形和尺寸、各种舱室的位置和内部布置、内部梯道的布置、甲板设备的布局。总布置图由侧视图、各层甲板平面图和双层底舱划分图组成。 船体结构图是反映船体各部分的结构情况 ，船体各相关部分的结构既独立又相互联系。船舶主体结构是保证船舶纵向和横向强度的关键，通常把它看成为一个空心梁进行设计，并用船中横剖面结构图来反映它的部件尺寸和规格。4. 船舶构造及吨位船舶是由许多部分构成的，按各部分的作用和用途，可综合归纳为船体、船舶动力装置、船舶舾装等三大部分。 船体是船舶的基本部分，可分为主体部分和上层建筑部分。主

16、体部分一般指上甲板以下的部分，它是由船壳(船底及船侧)和上甲板围成的具有特定形状的空心体，是保证船舶具有所需浮力、航海性能和船体强度的关键部分。船体一般用于布置动力装置、装载货物、储存燃油和淡水，以及布置其他各种舱室。 为保障船体强度、提高船舶的抗沉性和布置各种舱室，通常设置若干强固的水密舱壁和内底，在主体内形成一定数量的水密舱，并根据需要加设中间甲板或平台，将主体水平分隔成若干层。 上层建筑位于上甲板以上，由左、右侧壁，前、后端壁和各层甲板围成，其内部主要用于布置各种用途的舱室，如工作舱室、生活舱室、贮藏舱室、仪器设备舱室等。上层建筑的大小、层楼和型式因船舶用途和尺度而异。 船舶动力装置包括

17、：推进装置主机经减速装置、传动轴系以驱动推进器(螺旋桨是主要的型式)；为推进装置的运行服务的辅助机械设备和系统，如燃油泵、滑油泵、冷却水水泵、加热器、过滤器、冷却器等；船舶电站，它为船舶的甲板机械、机舱内的辅助机械和船上照明等提供电力 ；其他辅助机械和设备，如锅炉、压气机、船舶各系统的泵、起重机械设备、维修机床等。通常把主机(及锅炉)以外的机械统称为辅机。 船舶舾装包括舱室内装结构(内壁、天花板、地板等)、家具和生活设施(炊事、卫生等)、涂装和油漆、门窗、梯和栏杆、桅杆、舱口盖等。 船舶的其他装置和设备中，除推进装置外，还有锚设备与系泊设备；舵设备与操舵装置；救生设备；消防设备；船内外通信设备

18、；照明设备；信号设备；导航设备；起货设备；通风、空调和冷藏设备；海水和生活用淡水系统；压载水系统；液体舱的测深系统和透气系统；舱底水疏干系统；船舶电气设备；其他特殊设备(依船舶的特殊需要而定)。二、船用测深仪原理分析2.1 船用测深仪简介回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备得到了广泛地应用。所有这样的设备都有一个共同的特点：它们都利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波沿海水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收。然后再由声纳员或计算机处理收到的信号，进而确定目标的参数和类型。 回声探测设备也是不尽相同的，所以他们也往往会使用不同的发射和接收换能器，因此

19、，声信号的频率和波形也有所不同。其实，不同回声探测设备的不同差别最主要的差别主要是在对回波信号的不同处理方法上。现在，、这种原理已经被广泛地应用在以下水电设备中：回声测深仪、侧扫声纳、声学多普勒海流计和鱼探仪等。这些仪器设备的发明和使用为研究海洋、开发海洋、利用海洋做出了重要的贡献以前人们采用各种各样的方式探测海深，但是效果都不理想，而且存在着误差。现在人们最常用的探测海深的设备就是回声测深仪。 那么，回声测深仪又是如何测量海深的呢?回声测深仪是基于回声测距的原理而研制的。发射换能器从海面向下发射声脉冲，声脉冲在水中向下传播，遇到密度不同的海底介质时发生反射，反射后的声脉冲在海水中向上传播，并

20、被海面的接收换能器所接收。根据声脉冲在海水中往返的时间和它在海水中的声速，就能算出换能器至海底的直线距离，即水深。例如，在常温下，海水中声速的典型值为1500米/秒，如果测得声脉冲在水中往返的时间为3秒，则海水的深度为2250米。由于声波在海水中的传播速度随海水的温度、盐度和压力的变化而变化，所以，计算时还要作必要的修正。 主要用途 在特殊情况下，可通过测量水深来辨别船位 在开辟新区或浅水航行时，可用于导航，以确保船舶航行 在航道及港口测量方面，它可提供准确的可靠的水深资料 回声测深仪的发明为广大海洋工作者提供了一个强有力的水深测量手段，由于它可以在船只航行时快速而准确地测得水深的连续数据，所

21、以很快便成为水深测量的主要仪器，现在它已广泛地应用于航道勘测、水底地形调查、海道测量、船只导航定位等方面。 今天，对大洋地形地貌的全部了解和认识，都是回声测深仪的功劳。过去人们根据数量很少的一些海上锤测资料，曾经认为世界大洋底是一片平坦的大地。回声测深仪的出现，才使人们眼界大开。因为测量结果显示，洋底和陆地一样崎岖不平，既有崇山峻岭，也有深沟峡谷；既有恢宏高原，起伏的丘陵，也有辽阔的平原、阶地，形态万千，蔚为壮观。回声测深仪的问世，使海深测量技术发生了根本性的变革。目前已有升沉补偿测深仪、拖曳式测深仪、多波束测深仪等多种不同类型的测深仪器，这些都是由于海洋勘探的需要而发展起来的设备。 人们根据

22、工作深度的不同，设计制造了大小不同的测深仪器。小型测深仪的工作频率在100千赫兹左右，换能器尺寸较小，可在小艇上使用，用于测量几十米到几百米水深的海洋深度。而大型测深仪的工作频率为数千赫兹左右，换能器尺寸较大，可测量深达10000米的世界海洋最深处的水深。 此外，还有一种双频测深仪。所谓双频测深仪就是指能用高、低两种不同频率工作的测深仪器。这种测深仪适用于测量沉积有稀泥的航道，它能用较低的上作频孕探测较硬的真海底，或用较高的工作频率探测稀泥表面。 现在，回声测深仪的显示、记录方式也有多种不同类型。近代测深仪除用放电或热敏纸记录器记录外，还有数字显示及存储，甚至可以和计算机结合起来而自动绘制海底地形图等多种不同方式。2.2 船用测深仪原理回声测深仪的工作原理是利用换能器在水中发出声波，当声波遇到障碍物而反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，就可以求得障碍物与换能器之间的距离。声波在海水中的传播速度，随海水的温度、盐度和水中压强而变化。在海洋环境中，这些物理量越大，声速也越大。常温时海水中的声速的典型值为1500米秒，淡水中的声速为1450米秒。所以在使用回声测深仪之前，应对仪器进行率定，计算值要加以校正。三、电气控制系统分