GBT 24558-2009 聲學多普勒流速剖面儀

聲學多普勒流速剖面儀AcousticDopplercurrentprofiler2009-10-30發(fā)布中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布I本標準由國家海洋局提出。本標準由全國海洋標準化技術委員會(SAC/TC283)歸口。本標準起草單位：國家海洋技術中心、中國科學院聲學研究所、中國船舶重工集團公司第七一五研1聲學多普勒流速剖面儀1范圍本標準規(guī)定了聲學多普勒流速剖面儀產(chǎn)品的類型和組成、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則，以及標志、包本標準適用于聲學多普勒流速剖面儀(簡稱流速剖面儀)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。GB/T2423.1—2001電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗A:低溫GB/T2423.2—2001電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗B:高溫GB/T2423.3—2006電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗Cab:恒定濕熱試驗GB/T2828.1—2003計數(shù)抽樣檢驗程序第1部分：按接收質量限(AQL)檢索的逐批檢驗抽樣計劃(ISO2859-1:1999,IDT)GB/T10250—2007船舶電氣與電子設備的電磁兼容GB/T18522.6—2007水文儀器通則第6部分：檢驗規(guī)則及標志、包裝、運輸、貯存、使用說明書GB18523—2001水文儀器安全要求HY016.3—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法低溫存儲試驗HY016.5—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法高溫存儲試驗HY016.11—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法振動試驗HY016.13—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法連續(xù)沖擊試驗HY016.15—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法水靜壓力試驗HY/T042—1996海洋儀器分類及型號命名辦法JJG763—2002溫鹽深測量儀3術語和定義下列術語和定義適用于本標準。聲學多普勒流速剖面儀acousticdopplercurrentprofiler利用聲學多普勒原理，測量分層水介質散射信號的頻移信息，并利用矢量合成方法獲取海流垂直剖面水流速度的水聲儀器。一定數(shù)量的換能器按某種方式排列組成的陣列。水中的微小顆粒如：浮游生物、有機物或泥沙等。2流速剖面儀發(fā)射聲波，然后接收聲波被河底或海底反射的回波信號并據(jù)其測量河底或海底相對于流速剖面儀的運動。換能器發(fā)射聲波后產(chǎn)生余震的衰減時間與聲速的乘積。4類型和組成4.1類型與型號命名流速剖面儀分為自容式，直讀式和船用式三種類型；型號命名按HY/T042—1996的有關規(guī)定執(zhí)行。各種類型流速剖面儀的組成如下：b)直讀式：由換能器陣，溫度傳感器，含標準串行接口和相應的發(fā)射、接收、采集測量、通訊的電子設備，羅經(jīng)和傾斜傳感器，專用電纜，殼體和應用軟件組成；c)船用式：由水上設備，水下設備和專用電纜組成。水下設備包括換能器陣和溫度傳感器，水上設備由含標準串行接口和相應的發(fā)射、接收、采集測量、通訊的電子設備，船用航向測量儀(如：電羅經(jīng))和導航定位測量儀(如：GPS)的專用接口，計算機和應用軟件組成。5要求5.1外觀儀器表面應平整光亮、無損傷、無銹蝕；北向標志(或船艏向定位標志)應清晰無磨損。5.2性能指標表1給出了流速剖面儀的流速、流向測量性能要求。類型流速測量流向測量測量范圍最大測量誤差測量范圍最大測量誤差工作頻率小于300kHz工作頻率大于等于300kHz自容式測量值×1%±0.01m/s測量值×1%±0.005m/s0°~360°直讀式測量值×1%±0.01m/s測量值×1%±0.005m/s0°~360°船用式測量值×1%±0.01m/s測量值×1%±0.005m/s0°~360°最大測量誤差應為在設定滿足要求的層厚且大于等于200次的測量平均值的誤差。評定最大測量誤差的海況應在3級以下；評定流向最大測量誤差應在流速大于0.5m/s條件下的測量誤差。5.2.2剖面層數(shù)和層厚5.2.2.1層數(shù)層數(shù)是可設定的參量，要求如下：a)流速剖面儀測量層數(shù)應為1層～128層；3b)測量層數(shù)應按工作水深或工作頻率所對應的流速剖面最大測量深度設定。5.2.2.2層厚層厚是可設定的參量，要求如下：a)表2給出了相關工作頻率的流速剖面儀測量層厚的設定范圍和滿足最大測量誤差的最小層厚的設定值；b)正常設定的測量層厚宜大于或等于滿足最大測量誤差的最小層厚。表2流速剖面儀測量層厚的設定范圍和滿足最大測量誤差的最小層厚工作頻率/kHz測量層厚設定范圍/m8.00～32.004.00～32.002.00～16.000.25～2.00滿足最大測量誤差的最小層厚/m8.004.002.000.505.2.3溫度測量流速剖面儀的溫度測量應為一2℃~35℃;準確度±0.5℃。5.2.4地理方位測量流速剖面儀的地理方位測量應為0°~360°(磁北方向);準確度±5°。5.2.5傾斜搖擺測量流速剖面儀的傾斜搖擺測量應為一15°~15°;準確度±1°。流速剖面儀應對儀器進行自身診斷，傳感器的診斷結果應滿足5.2.3、5.2.4、5.2.5的要求，換能器、存儲器、處理器、采集測量電路的診斷結果應在環(huán)境適應性的條件范圍內均顯示正常。5.2.7流速剖面最大測量深度表3給出了相關工作頻率的流速剖面儀流速剖面最大測量深度。表3流速剖面最大測量深度工作頻率/kHz最大測量深度/m實際水深達不到表中列出的范圍時，剖面測量的有效深度應為實際水深的85%。5.2.8底跟蹤最大測量深度和最小測量深度表4給出了相關工作頻率的流速剖面儀底跟蹤最大測量深度和最小測量深度。表4底跟蹤最大測量深度和最小測量深度工作頻率/kHz最大測量深度/m最小測量深度/m頻率大于300kHz的流速剖面儀在高含沙量的水體、浮泥較厚或移動的泥沙底質不宜進行底跟蹤測量(可由導航定位測量儀測量的船速代替底跟蹤測量)。5.2.9起始測量深度(第1層的起始深度)表5給出了相關工作頻率的流速剖面儀起始測量深度。表5起始測量深度工作頻率/kHz起始測量深度/m注：起始測量深度從換能器表面計算(不含安裝深度),起始測量深度也稱為測量“盲區(qū)”。45.3電氣特性5.3.1外部電源流速剖面儀的電源要求如下：a)自容式和直讀式采用直流電源應為12V～60V;最大電壓波動±10%時，應正常工作。b)船用式采用交流電源應為220V,50Hz;最大電壓波動±10%,應正常工作。5.3.2電氣安全性5.3.2.1絕緣電阻交流供電端與外殼絕緣電阻應不小于2MΩ。5.3.2.2漏電流船用式流速剖面儀的電子設備漏電流應不大于5mA。5.4應用軟件和人機界面流速剖面儀的應用軟件和人機界面要求如下：a)應用軟件應具有數(shù)據(jù)回放或實時顯示的功能；b)操作界面應簡明易懂，應有中文提示和幫助功能；c)測量結果應能用圖表或曲線形式顯示；d)觀測結果輸出的總信息量由層數(shù)、測量間隔、測量時間等參數(shù)計算得出；信息包括主信息和輔助信息；主信息應包括層數(shù)、層厚、測量間隔、第1層對應的深度、每層流速的東分量和北分量(或流速和流向)、底跟蹤的船速和船向、測量的起始和結束時間；輔助信息宜包括每個深度層的回波強度、每層高度方向(深度方向)的流速、每個深度層的測量質量和相關系數(shù)、溫度、羅盤方向的磁北方向或電羅經(jīng)的真北方向、傾斜和搖擺(縱搖和橫搖)等信息；e)自檢軟件實時顯示內容應符合5.2.6的規(guī)定。5.5環(huán)境適應性5.5.1工作溫度——水下設備應為—2℃~35℃;——水上設備應為0℃~35℃。5.5.2存儲溫度和相對濕度存儲溫度應為一30℃~55℃;相對濕度小于85%。5.5.3濕熱船用式水上設備的濕熱應為(30±2)℃;(85±3)%RH。5.5.4振動應符合HY016.11—1992規(guī)定的振動等級等同“10?kg以下船舶”的要求。應符合HY016.13—1992規(guī)定的連續(xù)沖擊等級為“一級”的要求。5.5.6壓力自容式、直讀式和船用式流速剖面儀水下設備的壓力應符合HY016.15—1992規(guī)定的壓力要求。5.6電磁兼容性船用設備的電磁兼容性應符合GB/T10250—2007中6.2.1的要求。6試驗方法6.1外觀目測和手摸進行外觀質量檢測，結果應符合5.1的要求。56.2溫度測量6.2.1試驗設備最大測量誤差不大于0.05℃的溫度計或傳感器。6.2.2試驗步驟6.2.2.1溫度實驗室或現(xiàn)場試驗流速剖面儀水下設備放置水中5min后，用流速剖面儀和溫度計(或傳感器)同時測量溫度，將兩個測量溫度的差值作為測量準確度，應符合5.2.3的要求。6.2.2.2溫度恒溫水槽試驗按JJG763—2002中5.3.2的檢定方法，在恒溫水槽進行試驗，結果應符合5.2.3的要求。6.3地理方位6.3.1試驗設備最大測量誤差小于±2°的標準羅(經(jīng))盤(磁北方向)。6.3.2檢驗步驟270°的地理方位角度上，同時進行測量和顯示，然后與羅(經(jīng))盤的標定值進行比對，其測量準確度應符合5.2.4的要求。6.4傾斜搖擺測量6.4.1試驗設備最大測量誤差小于±0.5°的標準傾角儀。6.4.2試驗步驟將標準傾角儀固定在流速剖面儀上端的水平面上，并與流速剖面儀的Y軸對齊，流速剖面儀Y軸量，方法與Y軸測量相同。將流速剖面儀測量的傾斜角度值與標準傾角儀的標定值進行比對，其測量準確度應符合5.2.5的要求。6.5自檢檢驗采集測量電路的自檢結果應符合5.2.6的要求。6.6.1流速、流向測量的試驗方法流速、流向測量的試驗方法分為水槽拖車試驗、同步比測和自身航行試驗。工作頻率大于300kHz的流速剖面儀應進行水槽拖車試驗；工作頻率不大于300kHz的流速剖面儀應進行同步比測；實驗船上不具備同時安裝被測的和同步比測的流速剖面儀時，應進行自身航行試驗。6.6.2水槽拖車試驗6.6.2.1試驗條件試驗條件要求如下：a)拖車速度誤差應小于3×10-3m/s;b)檢驗帶有羅經(jīng)的流速剖面儀時，應配備測量誤差小于士2°的標準羅(經(jīng))盤，用于測量拖車軌道地理方向(磁北方向);c)流速剖面儀安裝支架應結構簡單、操作方便，選用強度大，非磁性的不銹鋼材料制作；d)水槽應長度大于100m、寬度大于7m、深度大于4.5m。66.6.2.2流速剖面儀安裝安裝要求如下：a)流速剖面儀固定安裝于拖車上，結構應牢固穩(wěn)定，不因水流沖擊導致傾斜；b)換能器陣入水深度應大于0.5m,水平方向應平行于拖車運動方向小于±2°;c)安裝過程中，應防止碰撞換能器陣表面。6.6.2.3試驗步驟6.6.2.3.1流速檢測流速檢測步驟如下：a)拖車分別選擇0.20m/s、0.50m/s、1.00m/s、1.50m/s、2.00m/s、2.50m/s、3.00m/s、3.50m/s、4.00m/s的速度進行跑車，拖車勻速時流速剖面儀測量并記錄相對速度；b)流速剖面儀測量每個速度的記錄應不少于30個，每個測量記錄時間間隔應不大于10s;c)拖車勻速時間較短時，應進行多次跑車，以保證記錄個數(shù)；d)將流速剖面儀測量的速度值進行統(tǒng)計平均，與拖車速度值進行比對，最大測量誤差應符合表1中規(guī)定的要求；或將流速剖面儀測量的速度值進行統(tǒng)計平均，做出線性回歸，選取回歸曲線上的速度值與拖車速度值進行比對，最大測量誤差應符合表1中規(guī)定的要求。6.6.2.3.2流向檢測6.6.2.3.2.1不帶羅經(jīng)的流速剖面儀流向試驗步驟如下：a)流速剖面儀安裝艏艉線應與拖車運行方向一致；b)選擇往返相同的拖車速度，進行往返跑車；c)記錄流速剖面儀測量的流速相對流向；d)分別對往、返兩個方向的相對流向測量值進行統(tǒng)計平均，均值與0°或180°比對，結果應符合表1中規(guī)定的流向最大測量誤差要求。6.6.2.3.2.2帶有羅經(jīng)的流速剖面儀流向試驗步驟如下：a)用標準羅(經(jīng))盤測量拖車運動的地理方向；b)選擇往返相同的拖車速度，進行往返跑車；c)記錄流速剖面儀測量的流速相對流向；d)分別對往、返兩個方向的相對流向測量值進行統(tǒng)計平均，均值與拖車正反運動的地理方向測量值進行比對，結果應符合表1中規(guī)定的流向最大測量誤差要求。6.6.3同步比測6.6.3.1試驗條件試驗條件要求如下：a)具備安裝流速剖面儀和應有供電設備的實驗船，自容式流速剖面儀應配備安裝基座或錨系；b)比測儀器應為檢定合格的流速剖面儀；c)船用式流速剖面儀的試驗應配備定位誤差不大于±3m的導航定位儀(如：GPS)、測量真北方向且誤差不大于±1°的航向測量儀(如：電羅經(jīng));d)布放試驗自容式或直讀式的流速剖面儀時，其布放點應選擇遠離帶有磁性的金屬材料的平臺(如：石油平臺),其距離應大于50m;e)測量水深應按照表3和表4所列出的深度，并選擇流場較平穩(wěn)的開闊水域；f)海況應在3級以下。6.6.3.2流速剖面儀安裝安裝要求如下：a)流速剖面儀的安裝應牢固穩(wěn)定，不因水流沖擊導致傾斜；b)自容式或直讀式的投放試驗應安裝于非磁性的基座或錨系，安裝應牢固穩(wěn)定；7c)流速剖面儀的船舷安裝支架宜選用強度大、非磁性的不銹鋼材料制作；d)安裝換能器陣的指北方向應對準船頭方向或偏北45°,安裝誤差應小于±1°;e)內部配有羅經(jīng)的流速剖面儀在船舷安裝時，離船舷的距離：木質船宜不小于0.5m,鐵質船宜不小于1.0m;f)換能器陣的入水深度，應根據(jù)實驗船8kn(自容式和直讀式)或18kn(船用式)的速度、水流速度、水面波浪大小、實驗船吃水深度、船底形狀等因素綜合考慮，換能器陣在整個測驗過程中始終不應露出水面。船體對換能器陣的入水應保證不妨礙信號的發(fā)射和接收；g)換能器陣的安裝，其換能器陣表面應保持水平，且安裝誤差應小于±2°;h)安裝過程中，應防止碰撞換能器陣表面，并保持換能器陣表面清潔；i)船用式流速剖面儀裝配的導航定位儀和航向測量儀，安裝后應再次進行檢驗，并合格。6.6.3.3試驗步驟6.6.3.3.1自容式或直讀式流速剖面儀同步比測6.6.3.3.1.1投放自容式或直讀式流速剖面儀的同步比測，其試驗步驟如下：a)兩臺流速剖面儀按安裝要求分別安裝于基座或錨系；b)兩臺流速剖面儀選擇非底跟蹤方式，選取相同時間、相同間隔、滿足5.2.2要求的相同層厚和層數(shù)，并設定啟動測量時間；c)到達滿足試驗水深的水域后，投放兩臺流速剖面儀進行測量；d)測量時間大于3h后，打撈回收兩臺流速剖面儀，自容式回放數(shù)據(jù)到計算機；e)選取同步比測的數(shù)據(jù)按相同時間、相同深度進行統(tǒng)計平均，然后進行比對，最大測量誤差應滿足表1中規(guī)定的要求。層厚和層數(shù)應滿足5.2.2的要求。流速剖面最大測量深度應滿足5.2.7的要求。6.6.3.3.1.2船載自容式或直讀式流速剖面儀同步比測的試驗步驟如下：a)兩臺流速剖面儀按安裝要求分別安裝于實驗船的船舷兩側，兩臺流速剖面儀宜選擇不同頻率，避免聲信號相互干擾；b)到達滿足試驗水深的水域后，實驗船分別選擇漂泊、2kn、4kn、6kn、8kn速度跑閉合或正交或往返回路航行，每個回路應大于等于5km;c)兩臺流速剖面儀不具備底跟蹤方式則選擇非底跟蹤方式，具備底跟蹤方式則選擇底跟蹤方式，并選取相同時間、相同間隔、滿足5.2.2要求的相同層厚和層數(shù)，同步進行相對流速測量，并記錄數(shù)據(jù)；d)選取同步比測的數(shù)據(jù)按相同時間、相同深度進行統(tǒng)計平均，然后進行比對；最大測量誤差應符合表1中規(guī)定要求。層厚和層數(shù)應滿足5.2.2的要求。流速剖面最大測量深度應滿足5.2.7的要求。6.6.3.3.2船用式流速剖面儀同步比測試驗步驟如下：a)按安裝要求分別安裝流速剖面儀，兩臺流速剖面儀宜選擇不同頻率，避免聲信號相互干擾，應裝配滿足要求的導航定位儀和航向測量儀并進行檢驗；b)到達滿足試驗水深的水域后，實驗船選擇從漂泊到18kn速度(船速達不到18kn時，高速應選擇最大船速)跑閉合或正交或選擇往返回路航行，每個回路應大于等于5km;c)兩臺流速剖面儀選擇底跟蹤方式，并選取相同時間、相同間隔、滿足5.2.2要求的相同層厚和層數(shù)，同步進行流速測量和記錄，同時記錄導航定位儀測量的船速；d)選取同步比測的流速測量數(shù)據(jù)按相同時間、相同深度進行統(tǒng)計平均，然后進行比對；流速剖面儀測量的船速值(平均值)與導航定位儀測量的船速值進行比對，流速最大測量誤差和船速最大測量誤差均應滿足表1中規(guī)定的流速最大測量誤差要求；流向最大測量誤差和船向最大測量誤差均應滿足表1中規(guī)定的流向最大測量誤差要求。層厚和層數(shù)應滿足5.2.2的要求。流速剖面最大測量深度應滿足5.2.7的要求。底跟蹤最大測量深度應滿足5.2.8的要求。86.6.4自身航行試驗6.6.4.1試驗條件試驗條件要求同6.6.3.1。6.6.4.2流速剖面儀安裝安裝要求同6.6.3.2。6.6.4.3試驗步驟自身航行試驗步驟如下：a)流速剖面儀按安裝要求安裝于實驗船，應裝配滿足要求的導航定位儀和航向測量儀，并進行檢驗；b)到達滿足試驗水深的水域后，實驗船選擇從漂泊到18kn速度(船速達不到18kn時，高速應選擇最大船速)跑閉合或正交或選擇往返回路航行，每個回路應大于等于5km;c)流速剖面儀選擇底跟蹤方式進行船速測量，并選取滿足要求的層厚、間隔和層數(shù)測量流速，記錄和顯示測量軌跡及軌跡上某一深度層的流速和流向，并記錄導航定位儀的測量數(shù)據(jù)；d)流速剖面儀測量記錄和顯示的流速和流向，與平穩(wěn)流場(如：江、河、湖水或試驗場海域)的流速進行比較，驗證流速剖面儀流速測量的最大測量誤差和合理性；e)將流速剖面儀測量的船速值與導航定位儀測量的船速值進行統(tǒng)計平均，然后進行比對，船速最大測量誤差應滿足表1中規(guī)定的流速最大測量誤差要求，航向最大測量誤差應滿足表1中規(guī)定的流向最大測量誤差要求。層厚和層數(shù)應滿足5.2.2的要求。流速剖面最大測量深度應滿足5.2.7的要求。底跟蹤最大測量深度應滿足5.2.8的要求。6.7電氣特性6.7.1外部電源用調壓器分別將交流電壓調為198V和242V,作為輸入電源給設備通電，并進行6.5自檢檢驗，應符合5.3.1的要求。6.7.2電氣安全性按GB18523—2001中7.3.2和7.3.3.1進行檢驗，應符合5.3.2的要求。6.8應用軟件和人機界面檢查驗人機界面的顯示功能和形式，應符合5.4的要求。6.9環(huán)境試驗6.9.1低溫試驗按GB/T2423.1—2001中第二篇試驗(Ab)的規(guī)定進行低溫試驗，試驗后進行6.5自檢檢驗，應符合5.2.6的要求。6.9.2高溫試驗按GB/T2423.2—2001中第二篇試驗(Bb)的規(guī)定進行高溫試驗，試驗后進行6.5自檢檢驗，應符合5.2.6的要求。6.9.3濕度試驗按GB/T2423.3—2006中的試驗方法對船用式水上設備進行濕熱試驗，試驗后進行6.5自檢檢驗，應符合5.2.6的要求。6.9.4低溫存儲試驗按HY016.3—1992的規(guī)定進行低溫存儲試驗，試驗后進行6.5自檢檢驗，應符合5.2.6的要求。6.9.5高溫存儲試驗按HY016.5—1992的規(guī)定進行高溫存儲試驗，試驗后進行6.5自檢檢驗，應符合5.2.6的要求。96.9.6振動試驗按HY016.11—1992的規(guī)定進行振動試驗，試驗等級等同“10?kg以下船舶”。試驗后進行6.5自檢檢驗，應符合5.2.6的要求。6.9.7連續(xù)沖擊試驗按HY016.13—1992的規(guī)定進行連續(xù)沖擊試驗，試驗等級為“一級”。試驗后進行6.5自檢檢驗，應符合5.2.6的要求。6.9.8壓力試驗按HY016.15—1992的規(guī)定進行試驗，試驗后檢驗換能器殼體應無滲漏。6.10電磁兼容性按GB/T10250—2007中的試驗方法進行檢驗，應符合5.6的要求。7檢驗規(guī)則檢驗分為出廠檢驗和型式檢驗。7.2出廠檢驗出廠時應逐臺進行出廠檢驗。出廠檢驗項目見表6。產(chǎn)品檢驗合格后，方可出廠。出廠檢驗中有一項檢驗項目不合格時，即判該產(chǎn)品不合格；對該不合格產(chǎn)品，應分析原因，采取措施，返修后進行對應項目的第二次出廠檢驗。若合格，則確認該臺出廠檢驗合格；若仍不合格，則認為該臺出廠檢驗不合格。表6檢驗項目序號檢驗項目要求章條號試驗方法章條號出廠檢驗型式檢驗1外觀質量 ●●2流速、流向5.2.1●●3層數(shù)、層厚5.2.26.6.3或6.6.4●●4溫度實驗室或現(xiàn)場試驗5.2.36.2.2.1●●5溫度恒溫水槽試驗5.2.36.2.2.2—●6地理方位5.2.4●●7傾斜搖擺5