对水下线列阵深度测量的几种方法探讨与研究

许杰

摘 要：目前测量线列阵水下深度方法很多，但测量方法、测量结果一直是研究者们多次探讨的一个难题。如何把传感器与线列阵精确的结合在一起，测出满意结果就存在很多问题需要研究。本文主要就是对柔性（充油）线列阵深度测量的方法以及每种测量方法的优缺点进行探讨。

关键词：线列阵;水下深度测量;精确测量;优缺点探讨

随着海洋科技的发展，对海洋探测的内容越来越广泛，而水声传感设备就是应用最多的探测设备。其中将传感器做成阵列的各类线列阵就是众多水声探测设备中应用最普遍的单元。线列阵应用广泛在海洋探测、海洋军事、海洋保护、岸基防护、设施防护、防恐反恐等领域。尤其近年来开展对深海的探测，更多的应用线列阵传感技术，尤其柔性线列阵即充油线列阵因其制作方便、维护简单而得到大规模应用。为了能得到更满意、更精确的测量结果，线列阵的测量参数也由单一的水声参数发展为现在的多种、多维参数。除了在线列阵中加入高灵敏度的水声传感器外，还要置入其他传感器，如姿态传感器、温度传感器、深度传感器等。其中深度参数对研究线列阵一些主要性能参数起到重要作用，如阵体元器件耐压程度、水流变化深度、水面距离、测试目标位置等，都与深度参数相关。因此，研究线列阵的深度测量具有重要的现实意义。

虽说测量水下深度早已不是难题，尤其压力传感器、差压传感器在深度测量中的使用十分普遍，通过压力变化就可直接测出深度。但在线列阵深度测量方法、测量结果方面一直是研究者们多次探讨的一个难题。如何把压力传感器与线列阵精确的结合在一起，测出满意结果呢？本文主要就是对柔性（充油）线列阵深度测量的方法以及每种测量方法的优缺点进行探讨。

根据多年生产与科研实际，我们在线列阵深度测量方面先后做过很多研究，应用压力传感器是我们深度测量主要办法，下面就各种可以实现的方法一一论述，从而得出最科学、最实用的方法。

1 第一种测量方法，即机械直接测量法

这种方法测量比较简单易行，就是把线列阵以及与线列阵连接的电缆每隔固定距离（如2米、4米等）做好标识，用颜色鲜艳的防水带缠好，写下从入水端开始的每个标识长度。当线列阵布放于水下时，即通过目测标识数字来确定线列阵入水深度。这种方法最早使用，优点是简单易行，无需借用其他传感器，无成本，容易操作。但缺点是首先是测试前要把线列阵及入水电缆全部拉直、标注，比较费时、费力;第二是海况不好时水面起伏大，尤其在夜晚测试因光线暗看不清标识;第三是当水下有海流时，会造成线列阵倾斜，有时倾斜角度很大，进入水中的深度已不是实际深度，都会造成测量误差大。有时误差可达几米、甚至十几米。假如按标识为20米、倾斜45度计算，通过直角计算，深度误差就达6米，已超过40%误差。

2 第二种测量方法，传感器绑缚测量法

把压力传感器焊接在一根电缆一端，进行水密硫化，制成细缆，与线列阵绑缚在一起，把压力传感器定位在线列阵需要测量位置后一并放入水中。由压力随水深变化而测出线列阵所处深度。此方法优点由于通过压力传感器測量，易于观测，而且传感器精度很高，测量又是开放测量，即压力孔直接入水，因此测量比较准确，维护也方便，其测量精度可达0.5%。但缺点是成本高（需要另制线缆）、以及在线列阵布放、收回时十分不便，不能用绞车一并收回。最重要的是深度传感器的线缆要穿过线列阵的水声传感器（若测量线列阵底部），因此会对线列阵的水声参数测量产生影响。

3 第三种测量方法，置入传感器封闭测量法

此方法是把压力传感器直接置入到线列阵的阵芯中进行测量，通过对压力传感器数值变化来计算深度。置入位置、数量可以按要求随意布放。此方法优点是安装简单，成本低，利于布放。但缺点是由于线列阵内为充油，具有一定的压力，线列阵自身有一定的长度，一般长度为几十米，甚至更长。当线列阵处在水下某一深度时，线列阵中不同深度造成不同压力，就会造成压力数值非水深变化带来的额外变化，测量就存在一定误差，该误差为不确定误差，大时达到10%，小的时候也在2%～5%之间。

4 第四种测量方法，封闭传感器腔体实现开放测量法

此方法是把压力传感器置入到线列阵的特定装置中，在该装置的两端采取封闭压环模式。该装置设计时就要考虑压力传感器的装置油压与护管中油压保持一致，使压力传感器装置独立于线列阵护管。当给线列阵注油时，打开封闭压环，在等线列阵注好油后，再封闭锁紧压环。这时压力传感器的压力孔被封闭在装置的腔体中，在对应压力传感器的压力孔处把线列阵的外护套开孔，使压力孔直接接触水，保证压力测量为开放测量。这样就避免线列阵内部压力对压力传感器的影响，从而得到相对精确的测量结果，此办法优点是测量结果精确，优于直接置入封闭测量法，测量精度也可达到0.5%～1%。但缺点是工艺复杂、成本高，最大问题是破坏了线列阵的整体结构，降低了线列阵的强度，容易造成线列阵的损坏。

5 最后一种测量方法，即首端、尾端置入传感器测量法

此办法也是本文作者大力推荐的一种测量方法。设计就是把压力传感器置入首端或尾端的连接器内，对外开孔直接测量。把首端或尾端连接器做成可以拆卸、封闭的形式，预先在里面置入压力传感器（压力传感器体积尽量小），安装后再封闭（硫化）与线列阵油腔通道，使压力传感器的测量孔直接对外。此方案的优点一是使传感器直接开放测量，不受油腔内压影响，保证测量结果精确，测量精度可达0.5%;二是保持线列阵结构完整，没有降低线列阵的强度;三是在布放、收回时方便操作;四是拆卸简单方便，维护简单。但任何方法都不可能完美，本方法缺点是要求对首、尾连接器需要特殊设计，其连接器成本略有提高。

本文结论，经过对以上五种线列阵深度测量五种方法的分析，找出了每种方法的优点、缺点，经过比对，作者认为第五种方法为目前可靠、经济、科学的测量方法。经过我们对多个项目的应用，此种测量方法测量结果十分满意，是目前测量线列阵在水中深度的最好办法之一。虽然如此，使用者也可采取多种方法混合使用来相互校准、比对，如第一种方法可与任何一种方法混用，第二种方法与第五种方法混用等。总之，线列阵深度测量技术不断成熟，随着传感器技术的不断改进，相信线列阵深度测量技术也将愈来愈科学、完美，为我们更好认识海洋、掌握海洋、应用海洋而服务。