第七章 船用计程仪
船用计程仪的发展与现状
船用计程仪的发展与现状1.前言说明船用计程仪的作用和重要性，并简单介绍船用计程仪的技术进展和发展历程2.船用计程仪的发展史从手摇计程器到电动计程仪的发展历史，介绍了船用计程仪的技术发展路径，并提到各个时期的技术突破和变化3.现代船用计程仪的分类及功能介绍船用计程仪的分类，如机械式计程仪、电子计程仪等，并详细介绍现代船用计程仪的功能特点，包括数据采集、计算、显示、存储等4.船用计程仪的应用现状从应用需求和市场趋势出发，介绍了船用计程仪在现实生活和实际工作中的应用效果，并比较不同型号的船用计程仪的市场利用率和性价比5.船用计程仪的未来发展方向结合技术趋势和市场需求，提出了船用计程仪未来的发展方向和技术创新重点，并简要分析了未来船用计程仪行业的发展趋势船用计程仪是船舶上必不可少的测速仪器之一，通过对船舶的移动速度、航行时程等数据进行采集、处理和显示，帮助船员掌握船舶在海上的状态，为航行和航海安全提供支持和保障。
船用计程仪的发展历程可以追溯到19世纪，当时航行员们使用手摇计程器来计算船舶的速度和移动轨迹，这肯定是一种比较低效和不准确的方法。
随着技术的进步，20世纪初，机械式计程仪问世，并得到了广泛的应用和推广。
机械式计程仪的好处是结构简单、易于安装和维护，但其测量精度有限、易受到船舶姿态和海流影响等缺点也不可避免。
随着电子技术的发展和推广，船用计程仪也经历了重要的转型和升级。
20世纪70年代，电子计程仪开始进入市场，并逐渐成为船舶上的主流测速仪器。
电子计程仪相比于机械式计程仪具有更高的精度、更多的功能、更好的易用性等优点，还可以通过网络连接实现数据共享和传输，方便了船舶管理和信息交流。
在近年来，随着物联网、云计算、人工智能等新技术的广泛应用和发展，船用计程仪也走进了新的发展阶段。
现代船用计程仪可以自动采集和处理多种参数，如速度、航向、油耗、天气等，不仅可以为船员提供实时的船舶状况，也可以为航行规划、资源管理等提供数据支撑和决策依据。
船用计程仪标准
船用计程仪标准在广阔的海域中，一艘船舶如何准确地知晓自己的速度和航程呢？这就要依靠船用计程仪。
作为船舶测速的专业设备，计程仪在航海中起到了至关重要的作用。
一、船用计程仪的概念与作用船用计程仪，顾名思义，是一种用于测量船舶航行速度和累计航程的仪器。
通过精确测量船舶相对于水流的航速，为船舶驾驶人员提供航行过程中的实时速度和累计航程，为船舶的安全航行和性能评估提供重要依据。
二、船用计程仪的类型1.电子计程仪：通过安装于船舶底部或尾部的超声波或激光传感器，测量船舶相对于水流的航速，精度高、稳定性好。
2.机械式计程仪：利用螺旋桨的旋转速度来推算航速，结构简单、价格低廉。
3.陀螺计程仪：利用陀螺仪的特性测量船舶的姿态和航向，从而推算航速，精度高但价格昂贵。
三、技术指标与性能参数1.测量精度：船用计程仪的测量精度是衡量其性能的重要参数，包括相对精度和绝对精度。
2.响应速度：计程仪的响应速度决定了其能否快速准确地跟踪船舶的航速变化。
3.环境适应性：船用计程仪需要在不同环境和气候条件下工作，因此其环境适应性尤为重要。
4.稳定性与可靠性：长期使用的稳定性以及在各种工作条件下都能保持可靠的性能是船用计程仪的基本要求。
四、标准化组织与认证国际海事组织（IMO）和各国船级社都制定了一系列船用计程仪的标准和规范。
这些标准对提高计程仪的性能、确保使用安全具有重要意义。
生产厂家需按照相关标准进行生产和检测，确保产品质量符合要求。
五、使用环境及维护要求在使用过程中，应定期对船用计程仪进行维护和保养，确保其正常运转。
同时，使用时应遵守相关环境保护法规，避免对水域造成污染。
六、产品质量监控与故障排查为确保计程仪的准确性和可靠性，生产厂家需进行严格的质量控制。
用户在使用过程中如发现异常情况，应及时联系专业人员进行故障排查和维修。
常见的故障排查方法包括外观检查、通电检查和性能测试等。
通过及时排除故障，可以保证船用计程仪的正常使用，从而提高航行的安全性。
船用计程仪
七、DS-50型多普勒计程仪简介：
1.主要特点：
（1）可工作于“ 海底跟踪”、“海层 跟踪”和“自动跟踪”三种工作方式 。
（2）能同时测量船舶纵向前、后及横移 速度 。
（3）浅水（最小达到船底下1m）测量也有较 高的测量精度；在1～200m的水深范围内可精 测对地的速度，超过200m则计程仪自动转换 为测量对水的速度 。
的频率与声源发射频率不同的现象。
三、多普勒频移 接收频率与发射频率的差值。
f fr f0
多普勒频移的计算：
v
固定接 收者
f fR f0 c f0
V
fR
（A.一次多普勒效应）
运动发 射者
f0
固定反 射者
2v f fR f0 c f0运动的 发射和 接收者 NhomakorabeaV
（B.二次多普勒效应）
f0 /fR
一、测速原理
s
2 1s
v 2v
v 1 s
2
第四节 声相关计程仪
二、声相关计程仪特点 采用相关接收技术测延时， 测速精度与声速无关。 可兼作测深仪使用。
三、SAL-R1型声相关计程仪简介：
电子箱
速度指示器
海底阀 及换能器
200P/NM或20 000P/NM
图7-12
SAL 数字速度/航程显示器
双波束多普勒计程仪的测速原理
f fF f A
2 f0v cos 2 f0v cos
c
c
4 fv cos0
c
f0
v
双波束多普勒计程仪的优点
f f F f A
2 f0 v cos u sin 2 f0 v cos u sin
c
c
4 f0v cos
论船速、计程仪船速、推算航速及其相互关系
{
图$
船速、 计程仪船速和推算航速关系图
若将漂移矢量 " 沿船首方向 （ )） 和右正横方向 （ *） 分解成 "+ 和 ", ， 则 !" G !! H "+ ， ! ! G !" H ", 。由图 $ 可知风中推算航速 ! ! 与计程仪船速 !" 有关系式 ! （ 数值大小上的等式） ， 由于 !， ! G !" *+< 风压差 ! 一般不大于 ?I- ， 在小角度情况下 *+< !值 约等于 ?， 故实际航迹推算中就将 ! 1 !! !（数值大 小上的等式） 。
万方数据 技术和标准研究。
"J
上
海
海
运
学
院
学
报
$!!$K
在该方面的认识存在着误区。而这种认识上的误区 在实际航海中将导致船舶事故。如试题 !"#$ 中仅 凭计程仪船速大于船速就得出船舶在顺风水域中航 行的结论， 仅凭推算航速大于计程仪船速或船速就 得出船舶在顺流水域中航行的结论， 如果船舶当时 在航道内或沿岸航行时， 驾驶员依据这种判断将会 导致船舶搁浅或触礁。因此， 及时地提出这一问题 就显得十分必要！上述试题错就错在编题者忽视了 船速、 计程仪船速和航速及风速与水流流速都是矢 量。本文将从分析船速、 计程仪船速和航速间的矢 量关系出发， （ 文中的 !! 、 !" 、 !# 等以及它们之间 的关系式除说明外均为矢量表示） 揭示这些试题出 错的症结， 并提出正确的判断依据。
图< 图! !! " ! # 时风向多解示意图
!+ ) !& 时流向多解示意图
在图 - 中， ,$ 方向表示真航向 "# ， ,$ 的大小 为船速 !（或 ， 大小为 !! ） $% 或 $# 方向代表流向， & 大小为 流速 ’# ， ,% 或 ,# 方向代表推算航迹向 #+ ， 推算航速 !+ 。
第五节 船用计程仪.
返回
25
水压式
V
航海仪器（电）
返回
26
fr
f
0
1
2
v c
cos
2 v 2 cos 2
c
2 v 3 cos 3
c
fr
f
0
1
2
v c
cos
f0
2
f
0
v c
cos
f
fr
f0
2
f
0
c 声速
不能取俯角为90度，即不能垂 直发射.垂直不产生多普勒效应
11 航海仪器（电）
发射俯角500米/秒，但不是常量， 受温度，含盐量和静水压力的 影响。
12 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
五、双波束多普勒计程仪
单波束多普勒计程仪存在的问题: 非线性误差
Eg BlV cos
航海仪器（电）
交流磁感应强度
6
电磁计程仪是相对计程仪，只 相对于水的计程仪，能反映出 风对船舶速度的影响。
例：船无风无流时船速为10节， 现顺风顺流各为2节，则电磁计 程仪显示的航速应为多少？
7 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
单波束多普勒计程仪的测速与计程原理， 存在的问题。
u
sin
2 f
f0 4
fv0cvocsos
u sin cos
c
cc
4 f0v cos
c
usin usin
第六章 船用计程仪资料
第七章船用计程仪第一节概述船用计程仪是一种测量船舶航速和累计航程的导航仪器。
计程仪所提供的航速信息对船舶驾驶极为重要，其主要作用如下：1.计程仪测量的航速信息结合陀螺罗经或磁罗经提供的航向信息，可进行船舶船位推算。
2.向卫星导航仪、自动综合导航仪、ARPA和真运动雷达等导航仪器提供航速信息，可实现船舶自动定位和利于船舶操纵及自动避让。
3.向现代化大型或超大型船舶提供纵向和横向速度信息，保证这些船舶在狭水道航行、靠离码头和锚泊时的安全。
船用计程仪按其测量参考坐标系的不同，可分为相对计程仪和绝对计程仪两类。
相对计程仪只能测量船舶相对于水的速度并累计其航程，如水压式、电磁式等计程仪。
绝对计程仪可以测量船舶对地的速度并累计其航程，如多普勒计程仪和声相关计程仪。
但是当测量水深超过其跟踪深度范围时，绝对计程仪便转换成为跟踪水层的相对计程仪。
具体地讲，工作于“海底跟踪”方式的多普勒、声相关计程仪属于绝对计程仪，工作于“水层跟踪”方式的多普勒、声相关计程仪属于相对计程仪。
水压式计程仪是第二次世界大战后，应用流体力学的伯努利定理制成的，即船舶航行时的水流动压力与航速平方成正比的原理。
这种计程仪在中高速测速时精度较高，但在低速测量时精度和灵敏度均较差，而且其操作维护也不方便，已基本被淘汰。
电磁计程仪是应用电磁感应原理来测量船舶相对于水的航速和累计其航程的。
其优点是测速线性好，测速范围大，而且可测量船舶后退速度，精度较高（1%～2%或0.2Kn），成本低且使用方便。
因此，这种型号的计程仪目前在船舶上得到了普遍的使用。
典型的如国产的CDJ型、日本的EML型、法国的BEN型等。
多普勒计程仪是20世纪70年代初期的产品，它是随着航运事业的发展，为了解决某些大型、超大型船舶的进出港、靠离码头和锚泊等问题而制成的。
这种计程仪是利用声波的多普勒效应进行测速的，它可以提供船舶相对于海底的绝对航速和航程信息，同时还可以测量船舶后退及船首尾横移速度。
多普勒计程仪一
第三节
一、定义：
多普勒计程仪
利用多普勒效应原理制成的一种精密的
测量船速和累计航程的水声导航仪器。
它能够测量船舶相对海底的绝对速度。
航海仪器（电）
44
第三节
多普勒计程仪
二、多普勒效应：
在声源和接收者间有相对运 动时，接收者收到的频率与声源 发射频率不同的现象叫多普勒效 应。
航海仪器（电） 52
船舶摇摆与颠簸
usin
u
f0
v
vcos
航海仪器（电）
53
船舶颠簸
usin
vcos
u
f0
v
2 f 0 v cos u sin f c
航海仪器（电） 54Biblioteka 船舶摇摆usin
vcos
u
f0
v
2 f 0 v cos f c
N0 h h0 Nw
航海仪器（电） 26
第四节 回声测深仪误差
三、零点误差
零点信号不显示在零米处引起的读数 误差。 修正公式：
h h0 hc
航海仪器（电）
结束
27
航海仪器（电）
28
转盘的转速既是发射触发脉冲 的重复频率。显然，对应不同挡 的量程，其转盘的转速是不相同 的，可通过变速箱进行转换。
第一节 船用计程仪的分类
一、计程仪的种类 拖曳式和转轮式 水压式 电磁式 多普勒式 声相关式
34
航海仪器（电）
第一节
二、分类
计程仪的分类
相对计程仪：测量船舶相对于水的速度和 航程的计程仪。 绝对计程仪：测量船舶相对于地的速度和 航程的计程仪。
第八章船用计程仪
第四节 声相关计程仪
1. 特点 1）采用垂向发射和接收超声波信号，并对被接收的 回波信号的幅值包络进行相关处理来测速； 2）可工作于海底跟踪和水层跟踪两种方式，即可测 对地的速度，又可测对水的速度； 3）测量精度不受声速变化的影响； 4）它同时可测量水深，兼作测深仪使用。
第四节 声相关计程仪
2. 测速原理
SAM 4682 Dual Axis Doppler Speed Log
第三节 多普勒计程仪
第三节 多普勒计程仪
Doppler Docking Display
第三节 多普勒计程仪
6. 多普勒计程仪的特点 1）线性好，精度高； 2）可测纵横向速度； 3）在跟踪深度范围内（～3m）可测绝对速度； 4）易受声速和混响的影响； 5）指向性窄（～5度）。
SOLASห้องสมุดไป่ตู้约的规定
第V 章 航行安全
第19 条 船载航行系统和设备的配备要求 2 船载航行设备和系统
所有300 总吨及以上的船舶和不论尺度大小的客船，除满足 本条2.2 的要求外，还应设有： .4 航速和航速测量装置，或其他装置，用于指示船舶相对于水 的航速和航程； 所有50,000 总吨及以上的船舶，除满足本条2.8 的要求外， 还应设有： .2 1 台航速和航程测量装置，或其他装置，用于指示船舶前 进方向和横向的相对于地的航速和航程。
3. 单波速测速原理
f0
第三节 多普勒计程仪
4. 双波速测速原理
第三节 多普勒计程仪
5. 双波速测速分类 1）双波速--一元多普勒计程仪（前进、后退速 度）； 2）四波速--二元多普勒计程仪（前进、后退、横 移速度）； 3）六波速--三元多普勒计程仪（前进、后退、首 横移、尾横移速度）。
第七章船用计程仪
放大 器
指示 器
200p/n miles
3 .指示器： 显示航速和航程；
指示器还具有200HZ/n mail航速脉 冲的标准输出接口，可输至真运 动雷达和ARPA等其它导航仪器。
第二节 电磁计程仪
三、传感器工作原理
种类： 平面式 导杆式
第二节 电磁计程仪
三、传感器工作原理
结构：
原理：
Eg BlV cos
c
c
4 f0v cos
c
usin usin
u
f0
v
双波束多普勒计程仪的优点
f 4 f0v cos cos
c
第三节 多普勒计程仪
六、多波束多普勒计程仪
一元多普勒计程仪： 双波束，用于导航，通称多普
勒计程仪。
f0
v
第三节 多普勒计程仪
六、多波束多普勒计程 仪
二元多普勒计程仪： 四波束，用于推
第三节 多普勒计程仪
三、多普勒频移
接收频率fr与ห้องสมุดไป่ตู้射频率f0的差值。
多普勒频移的大小：
f fr f0
第三节 多普勒计程仪
三、多普勒频移 同时多普勒频移Δf 的大小与
声源频率f0 、声源在介质中的传
播速度C和声源与接收点之间的 相对运动速度V有关：
Δf = V/C · f0
第三节 多普勒计程仪
1.传感器：是将船舶相对于水流的 速度信息转变成与该速度
成正比的电压或电流信号 的器件。
第二节 电磁计程仪
二、组成
航 传感 速器
放大 器
指示 器
200p/n miles
2 . 放大器： 放大航速信号，输
出 一个与航速成正比的直流信 号，送航速表指示相应的航速。
航海仪器 船用计程仪 ship's log
航海仪器（电）
v v f r f 0 1 2 cos f 0 2 f 0 cos c c v f f r f 0 2 f 0 cos c
17
第二节
多普勒计程仪
五、双波束多普勒计程仪
单波束多普勒计程仪存在的问题: 船舶摇摆与颠簸
第一节
电磁计程仪
三、传感器工作原理 种类：平面式 导杆式 结构： 原理：
E g BlV cos
V
航海仪器（电）
108 (m / s) 计程基本原理： BL
Eg
s Vdt
t
10
四．CDJ－5型计程仪简介 1、组成
（1）传感器：平面式
零点干扰信号存在故需进行调零
（2）放大器：放大、抑制干扰和整流
航海仪器（电）
2
教学目的要求： 1．掌握电磁计程仪的工作原理及正确使用 2．掌握多普勒计程仪的工作原理及正确使用 3．掌握声相关计程仪的工作原理。 作业及思考题： P189 7-1 ，7-2 ，7-6，7-8，7-9
航海仪器（电）
3
本章重点： 1、电磁计程仪的工作原理及正确使用 2、多普勒计程仪的工作原理及正确使用
航海仪器（电） 31
航海仪器（电）
32
④理论证明：
1 s v 2
S为两接收换能器间 距
s ⑤测速公式： 2 1s v 2 v
2．τ的求解：由声相关器测得 3．特点： 精度高，与声速无关； 最大作用深度为200米； 既可提供绝对速度，又可提供相对速度； 又能兼作测深仪。
航海仪器（电） 33
本章难点： 1．多普勒计程效应及计程原理及其 为什么采用双波束来测速并计程。
航海仪器船用计程仪shipslog ppt课件
教学目的要求： 1．掌握电磁计程仪的工作原理及正确使用 2．掌握多普勒计程仪的工作原理及正确使用 3．掌握声相关计程仪的工作原理。 作业及思考题：
P189 7-1 ，7-2 ，7-6，7-8，7-9
3 航海仪器（电）
本章重点： 1、电磁计程仪的工作原理及正确使用 2、多普勒计程仪的工作原理及正确使用
f 4f0vcoscos双波束
c
f2f0vcos
c
21 航海仪器（电）
◆ 测速原理要点：
①在船底O处安装一个发射换能器，按固定倾角向 前下方海底发射
②在船底同一点O处也安装一个接收换能器，用以 接收回波信号
③修正Vcon得：
f
2Vcon
C
f0
④对船舶摇摆的垂直分量 usin的影响进行修正，
采用双波束的方法即在在船底O处安装一个发射换能
器，按固定倾角向后下方海底发射。则总的频移为 ：
f
4Vcon
C
f0
22
航海仪器（电）
⑤ 结论：采用双波束的方法可克服船舶摇摆的 垂直分量的影响，且使所接收的频移信号增大 一倍即提高了测速精度。 ◆．基本技术参数对测速的影响：
f ↑→ f。↑ 跟踪深度↑→ f。↓
一般地， f。取100－600KHz时，跟踪深度达 600m，即跟踪海底，为绝对计程仪； f。取2MHz时，跟踪深度达3－5m，即跟踪水 层，为相对计程仪。
频率fr与声源发射频率f0不同的现象。
相互接近, fr升高
相互背离, fr降低
14 航海仪器（电）
第二节 多普勒计程仪
三、多普勒频移
接收频率与发射频率的差值。
大小：
f fr f0
四、单波束多普勒计程仪
航海仪器计程仪课件
测速门限低（0.01Kn）等优点。
•
其典型产品如美国的SRD-331型，德国的
ATLAS DOLOG20系列，日本的TD-501型、MF-100型
和国产的MCDL-1型等。
9
声相关计程仪是于20世纪70年代中期问世的 产品，它是利用相关技术对声波信号进行处理来 测速的，其特点是测速精度高（0.2%或0.1Kn）， 测量精度不受海水中声速变化的影响，它可测速/ 计程，还可兼作测深仪使用。其典型产品有瑞典 的SAL-ACCOR型、SAL-R1型和SAL-865型等。
2
•
船用计程仪是用来测量船舶运动速度和累计
船舶航程的仪器，是现代船舶上重要航海仪器之
一。它不但为推算船位提供精确的航速数据，还
将航速信息输入到ARPA、电子海图、综合导航仪
等航海仪器，提高了船舶自动化。
• 其主要作用如下：
3
• 1．计程仪测量的航速信息结合陀螺罗经或磁罗经 提供的航向信息，可进行船位推算。
14
exit next
船舶的航程是航速对时间的积累，设置航速积分器， 测量航程并显示。
电磁计程仪的测速、计程原理框图如下图所示：
15
二、组成与作用
一台电磁计程仪由传感器、放大器和显示器组成。
16
exit next
1 传感器 传感器是电磁计程仪的测速器 件，分为平面型传感器和导杆型传 感器两种。现在多使用平面型传感 器，它借助于专用设备安装在船底 壳体上，保证船舶不进坞也能方便 地更换，其结构如右图所示。传感 器的作用是将非电量的航速转换为 与航速成正比的电信号，便于传输、 放大和处理。
10
第二节 电磁计程仪
电磁计程仪是一种利用电磁感应 原理测量船舶相对水的速度和航程的 计程仪。
航海仪器课程教学大纲-海上专业试验教学中心-集美大学
中文：航海仪器课程名称英文：Navigation Apparatus课程编号 1105300 学分/学时 3.5/60所属教研室航海教研室先修课程 高等数学、大学物理、理论力学、电路与电机、无线电技术等课程类型 专业课 考核方式 考试开课专业 航海技术专业教学目的和要求目的:本课程是航海技术专业的一门主干专业课。
其目的是使学生掌握正确使用航海仪器应具备的基本知识和技能，并通过国家海事局要求的《航海仪器的正确使用》评估项目和《航海学》考试。
要求:1、理解陀螺罗经和磁罗经的指北原理及其结构组成，掌握测定和校正仪器误差的方法，熟练掌握仪器的正确使用方法与保养工作。
2、掌握测深仪和计程仪的基本原理、正确使用方法与维护保养工作。
3、掌握罗兰C系统、GPS/DGPS卫星导航系统的组成、定位原理和定位精度，熟练掌握GPS 卫导仪和罗兰C接收机的正确使用方法。
4、掌握AIS系统的功能、组成与特点，并能正确使用AIS收发机。
5、了解VDR和组合导航系统的主要功能与特点等。
教学内容和基本要求（分章节）绪论第一章 陀螺罗经的指北原理第一节 陀螺仪及其特性第二节 陀螺仪在地球上的视运动第三节 变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法第四节 摆式罗经的等幅摆动和减幅摆动第五节 电磁控制式罗经原理第六节 光纤陀螺罗经定向原理基本要求：正确理解陀螺罗经的指北原理。
本章重点：陀螺罗经的指北原理。
本章难点：陀螺罗经的指北原理。
教学内容及基本要求（分章节）第二章 陀螺罗经误差及其消除第一节 纬度误差第二节 速度误差第三节 冲击误差第四节 其它误差基本要求：掌握陀螺罗经的各种误差的定义、特点及其校正方法。
本章重点：陀螺罗经的各种误差的特点及其校正方法。
本章难点：陀螺罗经纬度误差、速度误差的原因分析。
第三章双转子陀螺罗经第一节 安许茨4型罗经概述、主罗经结构组成、使用与保养第二节 安许茨20型罗经第三节 北辰CMZ500型罗经基本要求：掌握安许茨罗经的主罗经结构组成及各主要部件的作用，能熟练使用安许茨4型陀螺罗经。
第六章船用计程仪
第七章船用计程仪第一节概述船用计程仪是一种测量船舶航速和累计航程的导航仪器。
计程仪所提供的航速信息对船舶驾驶极为重要，其主要作用如下：1.计程仪测量的航速信息结合陀螺罗经或磁罗经提供的航向信息，可进行船舶船位推算。
2.向卫星导航仪、自动综合导航仪、ARPA和真运动雷达等导航仪器提供航速信息，可实现船舶自动定位和利于船舶操纵及自动避让。
3.向现代化大型或超大型船舶提供纵向和横向速度信息，保证这些船舶在狭水道航行、靠离码头和锚泊时的安全。
船用计程仪按其测量参考坐标系的不同，可分为相对计程仪和绝对计程仪两类。
相对计程仪只能测量船舶相对于水的速度并累计其航程，如水压式、电磁式等计程仪。
绝对计程仪可以测量船舶对地的速度并累计其航程，如多普勒计程仪和声相关计程仪。
但是当测量水深超过其跟踪深度范围时，绝对计程仪便转换成为跟踪水层的相对计程仪。
具体地讲，工作于“海底跟踪”方式的多普勒、声相关计程仪属于绝对计程仪，工作于“水层跟踪”方式的多普勒、声相关计程仪属于相对计程仪。
水压式计程仪是第二次世界大战后，应用流体力学的伯努利定理制成的，即船舶航行时的水流动压力与航速平方成正比的原理。
这种计程仪在中高速测速时精度较高，但在低速测量时精度和灵敏度均较差，而且其操作维护也不方便，已基本被淘汰。
电磁计程仪是应用电磁感应原理来测量船舶相对于水的航速和累计其航程的。
其优点是测速线性好，测速范围大，而且可测量船舶后退速度，精度较高（1%～2%或0.2Kn），成本低且使用方便。
因此，这种型号的计程仪目前在船舶上得到了普遍的使用。
典型的如国产的CDJ型、日本的EML型、法国的BEN型等。
多普勒计程仪是20世纪70年代初期的产品，它是随着航运事业的发展，为了解决某些大型、超大型船舶的进出港、靠离码头和锚泊等问题而制成的。
这种计程仪是利用声波的多普勒效应进行测速的，它可以提供船舶相对于海底的绝对航速和航程信息，同时还可以测量船舶后退及船首尾横移速度。
船用计程仪
双波束多普勒计程仪的测速原理
f fF f A
2 f0v cos 2 f0v cos
c
c
4 fv cos0
c
f0
v
双波束多普勒计程仪的优点
f f F f A
2 f0 v cos u sin 2 f0 v cos u sin
c
4 f0v cos
c
usin
u usin
的频率与声源发射频率不同的现象。
三、多普勒频移 接收频率与发射频率的差值。
f fr f0
多普勒频移的计算：
v
固定接 收者
f fR f0 c f0
V
fR
（A.一次多普勒效应）
运动发 射者
f0
固定反 射者
2v f fR f0 c f0
运动的 发射和 接收者
V
（B.二次多普勒效应）
f0 /fR
二、分类
相对计程仪：测量船舶相对于水的速度和 航程的计程仪。(水压式和电 磁式)
绝对计程仪：测量船舶相对于地的速度和 航程的计程仪。(多普勒和声 相关)
❖注:工作于水层跟踪状态下的多普勒和声相关 计程仪为相对计程仪。
第二节 电磁计程仪
一、定义 利用电磁感应原理来测量船舶航行时 对水的速度，并累计航程的计程仪。
一、测速原理
s
2 1s
v 2v
v 1 s
2
第四节 声相关计程仪
二、声相关计程仪特点 采用相关接收技术测延时， 测速精度与声速无关。 可兼作测深仪使用。
三、SAL-R1型声相关计程仪简介：
电子箱
速度指示器
海底阀 及换能器
200P/NM或20 000P/NM
图7-12
论船速、计程仪船速、推算航速及其相互关系
对上述港监题库中题号为 %!&’ 的考题， 由航行 计程仪改正率!! ’( 后相对计程仪读数差为 !’( ) %， 大于船速 （ !& ） 顺风航行 ) %* 可知 !! ) *&+,， *-+,， 仅是多解中的一种情况， 偏顺风航行也同样是其解。 如果船舶同时受到水流的作用 （参考图 ’） ， 船 以流速 !# 作漂流运 舶还将随着水流的流向 ## ， 动， 结果船舶将沿着 ! 即推算 " 和 !# 的合成矢量， 航速 （ ./001 2310 4551） 矢量 !+ 航行。显然 !+ ) ! " 它的方 6 !# 。这时的船舶航 迹 叫 作 推 算 航 迹 线， 向， 即由真北线顺时针方向到推算航迹线的夹角， 叫 推算航迹向 （ 7589:0 2310 4551） ， 并用 7; 表示， 推算 航速或计划航速 （ ./001 2310 4551） ， !+ 的方向与推 算航迹向一致。航海上所指船舶顺流航行或顶流航 行是指水流的流向 ## 与真航向 "# 一致或相反。 当 !+ ) ! & （或 !! ） 时能否认为船舶在无流水 域中航行？当 !+ " !& （或 !! ） 时能否认为船舶在 顺流水域中航行？当 !+ $ !& （或 !! ） 时能否认为 船舶在顶流水域中航行？由于它们之间是矢量关 系， 显然， 我们不能根据其数值间的大小简单地得出 船舶在何种流向水域中航行的结论。 在图 < 中， ,$ 方向表示真航向 "# ， ,$ 的大小 为船速 !（或 ， 大小为 !! ） $% 或 $# 方向代表流向， & 流速 !# ， 大小 ,% 或 ,# 方向代表推算航迹向 #+ ， 为推算航速 !+ 。显然， 只要 !+ 的端点在以 !& （或 万方数据 大小为半径的圆弧上都表明 （或 !! ） ， !! ） !+ ) !&
第六章 船用计程仪
第七章船用计程仪第一节概述船用计程仪是一种测量船舶航速和累计航程的导航仪器。
计程仪所提供的航速信息对船舶驾驶极为重要，其主要作用如下：1.计程仪测量的航速信息结合陀螺罗经或磁罗经提供的航向信息，可进行船舶船位推算。
2.向卫星导航仪、自动综合导航仪、ARPA和真运动雷达等导航仪器提供航速信息，可实现船舶自动定位和利于船舶操纵及自动避让。
3.向现代化大型或超大型船舶提供纵向和横向速度信息，保证这些船舶在狭水道航行、靠离码头和锚泊时的安全。
船用计程仪按其测量参考坐标系的不同，可分为相对计程仪和绝对计程仪两类。
相对计程仪只能测量船舶相对于水的速度并累计其航程，如水压式、电磁式等计程仪。
绝对计程仪可以测量船舶对地的速度并累计其航程，如多普勒计程仪和声相关计程仪。
但是当测量水深超过其跟踪深度范围时，绝对计程仪便转换成为跟踪水层的相对计程仪。
具体地讲，工作于“海底跟踪”方式的多普勒、声相关计程仪属于绝对计程仪，工作于“水层跟踪”方式的多普勒、声相关计程仪属于相对计程仪。
水压式计程仪是第二次世界大战后，应用流体力学的伯努利定理制成的，即船舶航行时的水流动压力与航速平方成正比的原理。
这种计程仪在中高速测速时精度较高，但在低速测量时精度和灵敏度均较差，而且其操作维护也不方便，已基本被淘汰。
电磁计程仪是应用电磁感应原理来测量船舶相对于水的航速和累计其航程的。
其优点是测速线性好，测速范围大，而且可测量船舶后退速度，精度较高（1%～2%或0.2Kn），成本低且使用方便。
因此，这种型号的计程仪目前在船舶上得到了普遍的使用。
典型的如国产的CDJ型、日本的EML型、法国的BEN型等。
多普勒计程仪是20世纪70年代初期的产品，它是随着航运事业的发展，为了解决某些大型、超大型船舶的进出港、靠离码头和锚泊等问题而制成的。
这种计程仪是利用声波的多普勒效应进行测速的，它可以提供船舶相对于海底的绝对航速和航程信息，同时还可以测量船舶后退及船首尾横移速度。
船用计程仪PPT课件
七、DS-50型多普勒计程仪简介： 1.主要特点： （1）可工作于“ 海底跟踪”、“海层 跟踪”和“自动跟踪”三种工作方式 。
（2）能同时测量船舶纵向前、后及横移 速度 。 （3）浅水（最小达到船底下1m）测量也有较 高的测量精度；在1～200m的水深范围内可精 测对地的速度，超过200m则计程仪自动转换 为测量对水的速度 。
第二节 电磁计程仪
一、定义 利用电磁感应原理来测量船舶航行时 对水的速度，并累计航程的计程仪。
第1页/共20页
第二节 电磁计程仪
二、组成
传感器
放大器
指示器
传感器：将非电量的速度信息转变成 电压或电流信息。
放大器：放大电信号。 指示器：显示航速和航程。
第2页/共20页
第二： 原理：
图7-9
第15页/共20页
第四节 声相关计程仪
一、测速原理
第16页/共20页
一、测速原理
s
2 1s
v 2v
v 1 s
2
第17页/共20页
第四节 声相关计程仪
二、声相关计程仪特点 采用相关接收技术测延时， 测速精度与声速无关。 可兼作测深仪使用。
第18页/共20页
三、SAL-R1型声相关计程仪简介：
f0
v
vcos
第6页/共20页
单波束多普勒计程仪存在的问题: 船舶摇摆与颠簸
f 2 f0 v cos usin
c
u
usin f0 v
vcos
第7页/共20页
五、双波束多普勒计程仪
双波束多普勒计程仪的测速原理
f fF f A
2 f0v cos 2 f0v cos
c
c
4 fv cos0
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第二节 电磁计程仪
二、组成
航 传感 速器
放大 器
指示 器
200p/n miles
1.传感器：是将船舶相对于水流的 速度信息转变成与该速度 成正比的电压或电流信号 的器件。
5 航海仪器（电）
第二节 电磁计程仪
二、组成
航 传感 速器
放大 器
指示 器
200p/n miles
2 . 放大器： 放大航速信号，输
1.单波束多普勒计程仪存 在的问题:
19 航海仪器（电）
非线性误差
fr
f0 1
2 v c
cos
2 v c
2
cos
2
2 v c
3
cos
3
fr
f0 1
2
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cos
f0
2
f
0
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f
fr
f0
2
f
0
v c
cos
20 航海仪器（电）
船舶摇摆与颠簸
usin u
f0
vcos
V
航海仪器（电）
返回
37
16 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
四、单波束多普勒计程仪
f0
vcos
航海仪器（电）
v
17
四、单波束多普勒计程仪
f 2 f0v cos
c
f0
v
vcos
其中：f0 为发射频率 v 为声源或接收者运动速度
运动方向与声波传播方 向的夹角
c 声速
18 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪 五、双波束多普勒计程仪
第七章 船用计程仪
重点掌握船用计程仪的基本原理，性能指标， 典型产品的结构特点及使用
第一节 船用计程仪的分类 第二节 电磁计程仪 第三节 多普勒计程仪 第四节 声相关计程仪
1 航海仪器（电）
第一节 船用计程仪的分类
一、计程仪的种类 拖曳式和转轮式 水压式 电磁式 多普勒式 声相关式
双波束多普勒计程仪的优点
f0
v
f f F f A
2 f0v cos 2 f0v cos
c
c
4 fv cos0
c
25 航海仪器（电）
双波束多普勒计程仪的优点
f 2 f0 v cos usin 2 f0 v cos usin
c
c
4 f0v cos
c
usin usin
单波束多普勒计程仪的测速与 计程原理，存在的问题。
双波束多普勒计程仪的测速与 计程原理。
多普勒计程仪性能指标；安装 与使用注意事项。
误差及其消除方法。
11 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
一、定义：
利用多普勒效应原理制成的一种精密的 测量船速和累计航程的水声导航仪器。
它能够测量船舶相对海底的绝对速度。
一、测速原理
32 航海仪器（电）
第四节 声相关计程仪
一、测速原理
33 航海仪器（电）
第四节 声相关计程仪
一、测速原理
s
2 1s
v 2v
v 1 s
2 34 航海仪器（电）
第四节 声相关计程仪
二、特点
测速精度与声速无关； 可兼作测深仪使用。
35 航海仪器（电）
转轮式
航海仪器（电）
返回
36
水压式
航海仪器（电）
v
21
船舶颠簸
usin u
f0
v
vcos
f 2 f0 v cos usin
c
22 航海仪器（电）
船舶摇摆
usin u
f0
v
vcos
f 2 f0v cos
c
23 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
五、双波束多普勒计程仪 双波束多普勒计程仪的优点
f0
v
24 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
三、多普勒频移
接收频率fr与发射频率f0的差值。
多普勒频移的大小：
f fr f0
15 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
三、多普勒频移 同时多普勒频移Δf 的大小与
声源频率f0 、声源在介质中的传
播速度C和声源与接收点之间的 相对运动速度V有关：
Δf = V/C · f0
出 一个与航速成正比的直流信 号，送航速表指示相应的航速。
6 航海仪器（电）
第二节 电磁计程仪
二、组成
航 传感 速器
放大 器
指示 器
200p/n miles
3 .指示器： 显示航速和航程；
指示器还具有200HZ/n mail航速脉 冲的标准输出接口，可输至真运 动雷达和ARPA等其它导航仪器。
7 航海仪器（电）
12 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
二、多普勒效应：
在声源和接收者间有相对运 动时，接收者收到的频率与声源 发射频率不同的现象叫多普勒效 应。
13 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
二、多普勒效应：
两者相互靠近时，接受到的 频率将升高↑。 两者相互离开时，接受到的 频率将降低↓。
14 航海仪器（电）
2 航海仪器（电）
第一节 计程仪的分类
二、分类
相对计程仪：测量船舶相对于水的速度和 航程的计程仪。
绝对计程仪：测量船舶相对于地的速度和 航程的计程仪。
3 航海仪器（电）
第二节 电磁计程仪
一、定义 利用电磁感应原理来测量船舶航行时 对水的速度，并累计航程的计程仪。 它是一种相对计程仪
4 航海仪器（电）
算船位，通称多普勒 导航仪。
29 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪六源自多波束多普勒计程仪 三元多普勒计程仪：
六波束，用于靠泊， 通称多普勒靠泊系统。
30 航海仪器（电）
第四节 声相关计程仪
一、定义 是应用相关技术处理水声信
息，测量船舶航速并累计航程 的一种水声导航仪器
31 航海仪器（电）
第四节 声相关计程仪
u
f0
v
26 航海仪器（电）
双波束多普勒计程仪的优点
f 4 f0v cos cos
c
27 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
六、多波束多普勒计程仪
一元多普勒计程仪： 双波束，用于导航，通称多普
勒计程仪。
f0
v
28 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪
六、多波束多普勒计程 仪
二元多普勒计程仪： 四波束，用于推
第二节 电磁计程仪
三、传感器工作原理
种类： 平面式 导杆式
8 航海仪器（电）
第二节 电磁计程仪
三、传感器工作原理
结构：
原理：
Eg BlV cos 9 航海仪器（电）
第二节 电磁计程仪
三、传感器工作原理
两电极之间 产生的感应电 压为：
Eg BlV cos
10 航海仪器（电）
第三节 多普勒计程仪