2.4.3.1 回声测深仪的工作原理
从水面以下向河底发射超声波，超声波到达河底后反射回水面，被发射传感器接收。按照发射接收间的时间间隔和超声波在水中的传播速度计算出水深。基本原理和超声波水位计一致。只是测量水位时，反射面是水面。测量水深时，反射面是河底。
图2.46 手持式超声波测深仪
2.4.3.2 仪器类型
1.手持式超声波测深仪
（1）仪器的结构。图2.46是一种手持式超声波测深仪。由带有手持测杆的超声传感器、测量显示器、连接电缆组成。
超声传感器的中间是超声换能器，换能器都是简单的圆柱状。在水中测深时，水流受其扰动较大，使超声换能器向下的振动面上的水流不是很平顺。为了使流经超声换能器振动面的水流尽可能平顺，一般的仪器都在超声换能器的外部加上导流罩。导流罩可以是扁平圆形的，包在圆柱形的换能器周围，如图2.46所示。也可以不是圆形的，是流线形外形，导流性能更好，但在应用时要对准流向。圆形的导流罩在所有水平方向上都有导流作用，使用时很方便。
换能器上已接有密封电缆，使用时将电缆穿过测杆，插在测量显示器上。
测量显示器的作用是控制测深，显示（记录）测深数据、输出与计算器连接，有的仪器可以用计算机控制测量。
计算机控制测深。如果配用一台计算机，应用仪器配置的专用软件，可以通过测量显示器的标准接口（RS232）和通信线，用计算机控制测深。
（2）技术性能。一般产品都能达到如下技术指标。静水测深范围：0.4～99.99m；分辨力：0.01m；测深误差：±0.5%～2cm；盲区：＜40cm；适应流速：≤5m/s（不考核水深时）；水温修正范围：1～30℃；测深工作方式：单次、自动重复两种工作方式，一般使用时主要用自动重复测量工作方式；电源：DC12V±10%（由装于机内的八节5号电池提供），静态＜20m A，测量时＜30m A；工作温度：0～45℃；使用频率：单频，小于200k Hz。
（3）应用。仪器配有RS232C接口，可与任何具有RS232C接口的计算机或便携机联机运行，由计算机控制测深操作并对测深数据进行后期处理。仪器可以在静水中测深，也可在具有一定速度的水中测深，水流速度可达5m/s左右（流速越大，测深距离越小）。
手持测杆（或将其固定于船舷），将换能器全部没入水中，并垂直指向河底，打开电源开头，即可进行测深。按下测深键并随即放开，仪器将进行单次测深工作（该方式仅适用于定点试测）。如将测深键按下，待水深仪有水深显示后再放开，即进入自动测深方式。仪器首先以单次方式测深一次，并以取得的测深数据作为最初参考，然后将自动跟踪测深。
开机后仪器自动设定水温为20℃，当水温在15～25℃范围时，由于温度变化所引起的测深误差在±1%以内，可以不进行水温修正。进行精密水深测量或水温超出上述范围时，可实测水温并将水温数据输入仪器以进行修正。
此仪器可与计算机联机使用，根据测深数据和输入的起点距，能显示断面图。图上能标出测深垂线的起点距和水深。点击三维选项，出现断面的三维图形。
（4）特点。手持式超声波测深仪是一种最简单的超声波测深仪，在船上使用保证了它的测深准确度，较大水深时，测深准确度优于测深铅鱼。
这种仪器只能用于船测，自动化性能不高。不能用于较复杂的环境。一般只用于湖泊、水库和较小流速的河流中。
2.船用超声波测深仪
这类测深仪是指固定安装在较大测船上使用的专用超声波测深仪。其性能较好，能自动测量记录水下地形，结构也较复杂。主要用于各部门的水下地形测量。(www.xing528.com)
（1）仪器的结构。基本组成有测深传感器、测量显示记录器（主机），主机可以和计算机相连。
传感器可以以多个频率进行工作，以适应不同水深和河底状况，也可以同时以两种频率发射超声波，从不同频率的超声波从河底的反射可以测出河底淤积层状况。
主机必然配有水深记录器，以数字记录水深和水底地形。主机有很强的抗干扰能力，保证测得数据的准确性。它可以接收仪器（测船）定位数据的输入，应用时普遍与GPS定位系统直接连接。较先进的主机本身就已包括计算机，或者可以和计算机连接。主机可能有一些通信接口用于数据的实时通信传输。
船用超声波测深仪种类很多，图2.47是一种河流中应用较成熟的船用超声波测深仪，用纸带记录水深；也有用数字记录的新型产品。测深工作时，它们都需要连接一个水下超声换能器。
图2.47 船用超声波测深仪
1—记录纸速调节；2—灵敏度调节；3—倍乘（测深比例）调节；4—量程；5—电源；6—电压表开关；7—指示灯；8—定标按钮
（2）技术指标。具体产品的种类很多，用于河道测深产品的主要技术要求：测深范围：可达100m以上；工作频率：单频或双频，有的产品有几种工作频率可选；测深准确度：优于0.5%；测深分辨力：0.01m、0.1m（水深很大时）；声速修正：水温修正或直接声速修正，约在1300～1700m/s；超声波发射功率：较大；工作电压：直流或交流，直流时需用蓄电池供电；记录方式：长图记录纸、数字记录（固态存储）；定位坐标输入：GPS或其他定位坐标数据输入；工作温度：不小于－10～＋45℃。
（3）应用。船用超声波测深仪主要用于水下地形、航道测量，使用时按要求固定安装在测船船底或船边水下。
（4）特点。比起手持式超声波测深仪，船用测深仪有如下4个特点：
1）河底跟踪能力强。对河底反射信号的处理能力很强，抗干扰性好，可以适应复杂的河底地形，得到较准确的水深数据。有些双频测深仪可以测出水底淤积层厚度。
2）频率适应性好。如果可以改变超声波发射频率，仪器就能适应复杂的水文环境。根据含沙量、水深、流速用不同的频率测量水深。
3）自动化程度高。都可以自动测量记录水深，也基本都有输入定位座标功能，可以直接得到水下地形测量结果。
4）灵活的数据通信能力。在不同程度上，测深数据输出和定位坐标数据输入功能；具有与计算机连接功能；与数据传输遥测设备连接的功能；接受其他需要的注释信息：如断面名称、时间、位置的功能；较高的测深准确性。一般来讲，测深准确性优于手持式超声波测深仪。但由于结构复杂，价格较高，有些功能用于水文站的断面测量成为冗余。
3.缆道超声波测深仪
缆道上都应用测深铅鱼测深，在水深、流速都相当大时，要将测深铅鱼放到河底很困难。较大的悬索偏角会严重影响测深准确性。在有些场合，河底信号也很不可靠。缆道测深需要应用缆道超声波测深仪，缆道超声波测深仪的产品很少，都还在试用中。
4.多波束超声波测深系统
多波束超声波测深系统主要用于海洋水下地形测量，近年来开始在内河中有少量应用。其核心测深部分是多波束超声波测深仪，加上其他定位测量、数据处理、传输部分构成多波束水下地形测量系统。
在河流中应用时，如水深较浅，存在一定的盲区。当靠近河岸或者靠近浅滩、江心洲时，盲区影响较大。多波束测量系统属精密贵重仪器，一般水文测流中还没有应用。断面测量也不需要使用这种复杂、贵重仪器。在水下地形测量中已开始使用。
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