對水下線列陣深度測量的幾種方法探討與研究

許杰

摘?要：目前測量線列陣水下深度方法很多，但測量方法、測量結果一直是研究者們多次探討的一個難題。如何把傳感器與線列陣精確的結合在一起，測出滿意結果就存在很多問題需要研究。本文主要就是對柔性（充油）線列陣深度測量的方法以及每種測量方法的優缺點進行探討。

關鍵詞：線列陣;水下深度測量;精確測量;優缺點探討

隨著海洋科技的發展，對海洋探測的內容越來越廣泛，而水聲傳感設備就是應用最多的探測設備。其中將傳感器做成陣列的各類線列陣就是眾多水聲探測設備中應用最普遍的單元。線列陣應用廣泛在海洋探測、海洋軍事、海洋保護、岸基防護、設施防護、防恐反恐等領域。尤其近年來開展對深海的探測，更多的應用線列陣傳感技術，尤其柔性線列陣即充油線列陣因其制作方便、維護簡單而得到大規模應用。為了能得到更滿意、更精確的測量結果，線列陣的測量參數也由單一的水聲參數發展為現在的多種、多維參數。除了在線列陣中加入高靈敏度的水聲傳感器外，還要置入其他傳感器，如姿態傳感器、溫度傳感器、深度傳感器等。其中深度參數對研究線列陣一些主要性能參數起到重要作用，如陣體元器件耐壓程度、水流變化深度、水面距離、測試目標位置等，都與深度參數相關。因此，研究線列陣的深度測量具有重要的現實意義。

雖說測量水下深度早已不是難題，尤其壓力傳感器、差壓傳感器在深度測量中的使用十分普遍，通過壓力變化就可直接測出深度。但在線列陣深度測量方法、測量結果方面一直是研究者們多次探討的一個難題。如何把壓力傳感器與線列陣精確的結合在一起，測出滿意結果呢？本文主要就是對柔性（充油）線列陣深度測量的方法以及每種測量方法的優缺點進行探討。

根據多年生產與科研實際，我們在線列陣深度測量方面先后做過很多研究，應用壓力傳感器是我們深度測量主要辦法，下面就各種可以實現的方法一一論述，從而得出最科學、最實用的方法。

1 第一種測量方法，即機械直接測量法

這種方法測量比較簡單易行，就是把線列陣以及與線列陣連接的電纜每隔固定距離（如2米、4米等）做好標識，用顏色鮮艷的防水帶纏好，寫下從入水端開始的每個標識長度。當線列陣布放于水下時，即通過目測標識數字來確定線列陣入水深度。這種方法最早使用，優點是簡單易行，無需借用其他傳感器，無成本，容易操作。但缺點是首先是測試前要把線列陣及入水電纜全部拉直、標注，比較費時、費力;第二是海況不好時水面起伏大，尤其在夜晚測試因光線暗看不清標識;第三是當水下有海流時，會造成線列陣傾斜，有時傾斜角度很大，進入水中的深度已不是實際深度，都會造成測量誤差大。有時誤差可達幾米、甚至十幾米。假如按標識為20米、傾斜45度計算，通過直角計算，深度誤差就達6米，已超過40%誤差。

2 第二種測量方法，傳感器綁縛測量法

把壓力傳感器焊接在一根電纜一端，進行水密硫化，制成細纜，與線列陣綁縛在一起，把壓力傳感器定位在線列陣需要測量位置后一并放入水中。由壓力隨水深變化而測出線列陣所處深度。此方法優點由于通過壓力傳感器測量，易于觀測，而且傳感器精度很高，測量又是開放測量，即壓力孔直接入水，因此測量比較準確，維護也方便，其測量精度可達0.5%。但缺點是成本高（需要另制線纜）、以及在線列陣布放、收回時十分不便，不能用絞車一并收回。最重要的是深度傳感器的線纜要穿過線列陣的水聲傳感器（若測量線列陣底部），因此會對線列陣的水聲參數測量產生影響。

3 第三種測量方法，置入傳感器封閉測量法

此方法是把壓力傳感器直接置入到線列陣的陣芯中進行測量，通過對壓力傳感器數值變化來計算深度。置入位置、數量可以按要求隨意布放。此方法優點是安裝簡單，成本低，利于布放。但缺點是由于線列陣內為充油，具有一定的壓力，線列陣自身有一定的長度，一般長度為幾十米，甚至更長。當線列陣處在水下某一深度時，線列陣中不同深度造成不同壓力，就會造成壓力數值非水深變化帶來的額外變化，測量就存在一定誤差，該誤差為不確定誤差，大時達到10%，小的時候也在2%～5%之間。

4 第四種測量方法，封閉傳感器腔體實現開放測量法

此方法是把壓力傳感器置入到線列陣的特定裝置中，在該裝置的兩端采取封閉壓環模式。該裝置設計時就要考慮壓力傳感器的裝置油壓與護管中油壓保持一致，使壓力傳感器裝置獨立于線列陣護管。當給線列陣注油時，打開封閉壓環，在等線列陣注好油后，再封閉鎖緊壓環。這時壓力傳感器的壓力孔被封閉在裝置的腔體中，在對應壓力傳感器的壓力孔處把線列陣的外護套開孔，使壓力孔直接接觸水，保證壓力測量為開放測量。這樣就避免線列陣內部壓力對壓力傳感器的影響，從而得到相對精確的測量結果，此辦法優點是測量結果精確，優于直接置入封閉測量法，測量精度也可達到0.5%～1%。但缺點是工藝復雜、成本高，最大問題是破壞了線列陣的整體結構，降低了線列陣的強度，容易造成線列陣的損壞。

5 最后一種測量方法，即首端、尾端置入傳感器測量法

此辦法也是本文作者大力推薦的一種測量方法。設計就是把壓力傳感器置入首端或尾端的連接器內，對外開孔直接測量。把首端或尾端連接器做成可以拆卸、封閉的形式，預先在里面置入壓力傳感器（壓力傳感器體積盡量?。?，安裝后再封閉（硫化）與線列陣油腔通道，使壓力傳感器的測量孔直接對外。此方案的優點一是使傳感器直接開放測量，不受油腔內壓影響，保證測量結果精確，測量精度可達0.5%;二是保持線列陣結構完整，沒有降低線列陣的強度;三是在布放、收回時方便操作;四是拆卸簡單方便，維護簡單。但任何方法都不可能完美，本方法缺點是要求對首、尾連接器需要特殊設計，其連接器成本略有提高。

本文結論，經過對以上五種線列陣深度測量五種方法的分析，找出了每種方法的優點、缺點，經過比對，作者認為第五種方法為目前可靠、經濟、科學的測量方法。經過我們對多個項目的應用，此種測量方法測量結果十分滿意，是目前測量線列陣在水中深度的最好辦法之一。雖然如此，使用者也可采取多種方法混合使用來相互校準、比對，如第一種方法可與任何一種方法混用，第二種方法與第五種方法混用等?？傊?，線列陣深度測量技術不斷成熟，隨著傳感器技術的不斷改進，相信線列陣深度測量技術也將愈來愈科學、完美，為我們更好認識海洋、掌握海洋、應用海洋而服務。