水下實驗有線測量技術綜述

葛 萍,孫 興

（91550部隊,116021）

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水下實驗有線測量技術綜述

葛 萍,孫 興

（91550部隊,116021）

摘要：水下實驗是海洋工程、船舶工程、海洋資源開發、水下兵器研制等諸多領域的必要手段，有線測量是水下實驗和水下測量的重要手段，它為水下實驗提供數據支撐和評判依據，是一項基礎性的工作。本文針對水下實驗領域特點，詳細闡述了有線測量水下實驗技術的特點和著重點，綜合介紹了水下實驗測量技術。

關鍵詞：水下實驗;有線測量;水下測量

1　概述

有線測量是水下實驗的重要組成部分之一，為水下實驗提供各種環境參數、力學參數、水下實況、水聲以及運動參數等實驗數據測量，為實驗過程記錄、特征參數錄取、實驗數據分析和實驗結果評定提供基礎性的數據支撐。與陸上實驗相比，水下實驗更加復雜，組織實施難度更大，環境條件苛刻，大都不可重復，這就要求測量系統和測量方案具備更高的可靠性、可行性和更強的適應性，以確保實驗數據的完整性和有效性。本文針對水下實驗這一專門領域的特殊性，從有線測量的概念、使命、范圍、標準以及測量結果分析等方面闡明水下實驗有線測量技術。

1.1有線測量定義

國家軍用標準GJB3585-99對“有線測量”的定義是：物理信號經過傳感器變為電信號由測試電纜傳輸至記錄分析設備進行處理得到測量結果的過程。這一定義突出了有線測量工作的原理。“有線測量”的詞典定義是：為獲取被試產品在實驗過程中的物理特性參數，通過導線傳輸直接進行的測量活動。這一定義側重于有線測量工作的過程。

1.2有線測量使命任務

有線測量的任務是明確實驗測量的各種需求，研究制定有線測量技術途徑，擬定實驗工程實施方案，確定實驗流程、數據處理方法及結果評定標準，組織實施實驗測量、數據錄取和結果分析工作，根據既定標準對測量結果進行評定，并給出確定的結論。

水下實驗大部分屬于驗證實驗，需要得到的是定性結論，標準的不確定性給測量技術的選取增加了難度。有線測量是一門嚴謹的學科，對于每次測量活動必須按照相關標準組織實施，依據實驗前確定的方案進行數據處理，并最終給出定量的明確的結論。

1.3有線測量范圍

從廣義上講，所有一切非電量實驗測量均屬于有線測量范疇，相對于電量測量和在線測量。從狹義上來說，有線測量特指指系統實驗中通過測試電纜傳輸方式測量非電量物理信號的數據采集和處理過程。

表一 有線測量信號分類

1.4有線測量執行標準

有線測量的執行標準包括國家標準、行業標準以及國家軍用標準等幾種。以國軍標為例，據不完全統計直接引用的測量標準有130余個，間接引用或參照的標準1000余個，基本涵蓋了各種實驗測量。因此，從執行標準方面來講，有線測量是一門嚴謹的學科。常見的執行標準有：GJB 3585-99有線測量及數據處理、GJB 3756-99測量不確定度的表示及評定、GJB 3236-98振動與沖擊傳感器的校準和測試方法、GJB_Z 126-99振動、沖擊環境測量數據歸納方法等等。

2　水下實驗有線測量技術途徑

受環境條件限制，水下實驗對測量方案、實施過程、參試人員、測量設備、測量精度等所有環節均有特殊的要求。為此，針對水下實驗必須遵循一定的技術途徑，逐步實現實驗測量目標。

2.1測量方案制定

在制定水下實驗測量方案時，首先要確定實驗目地，分析達到或證實實驗目標所需的測量內容，明確測量內容和被測量；其次，明確實驗要求的測量精度、實驗環境條件、載荷與空間限制條件、安裝要素，對實驗環境進行現場勘查；然后根據已明確的實驗條件，擬定實驗測量方案和工程實施方案；根據精度指標要求和測量方案制定系統標校方案和數據處理方案；組織相關方面進行方案評審，選定測量結果評定依據和準則；最后完成編寫操作規程和應急預案。

2.2一般要求

操作規程內容包含測量內容、實驗目標、人員分工，規定每一步操作步驟，說明操作的時序、部位、動作和現象。按照質量管理要求對所執行的操作進行狀態記錄和檢查確認，對實驗過程控制進行記錄。

測量使用的傳感器、測量設備和儀器儀表應確保計量檢定合格，并在有效期內。實驗使用的傳感器和測量設備的動態響應特性滿足實驗要求規定。

測量方案的設計應充分考慮到系統冗余，應設置備份測點，測量通道應留有備份。此外，測量電纜應留有備份。

根據采樣定理，采樣頻率應大于分析頻率的2.5倍，被測信號的最大值應在測量系統量程的80%左右，數據記錄時間標準應采取統一的零時標準。

2.3水下測量準備流程

根據測量內容準備適當量程和動態響應的傳感器，實驗用測試電纜應使用屏蔽電纜，一般長度小于300米，屏蔽接地電阻不大于5兆歐姆，芯線與屏蔽線之間絕緣電阻不小于500兆歐。

有線測量測試之前應進行系統標定，計算測量系統的精度，保證最大誤差不應大于測試要求的規定。準備標定裝置，確認其精度滿足標校要求且處于準用期內；按照與實驗測量時完全一致的狀態聯接測量系統；在實驗測量環境條件下進行標定（溫度、濕度和電磁環境參數等）；使用標準裝置在傳感器上施加標準信號；標定按照從小到大和從大到小正反兩種行程；標定重復次數不得少于3次；標準裝置和標準信號發生器的精度一般高于測量精度要求一個數量級（如表1）；

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計算零漂a和標定系數b（靈敏度）；

根據測量得到的電量值X，計算出物理量值Y：Y=a+bX

系統誤差計算（如表2）

用下面公式計算出隨機誤差：

式中：S——測量系統的隨機誤差；m——標定點數；

SIj——誤差計算表中正行程平均誤差；

SDj——誤差計算表中反行程平均誤差；

如果計算出的誤差大于測試要求的規定，則應分析原因，調整測量系統，如更換高精度的儀器或傳感器、設置更合適的量程范圍等，調整后重新進行標校。

2.4水下測量工程實施流程

根據預先制定的實施方案布設傳感器以及測試電纜，確保測量系統不受周圍環境干擾，也干擾周圍測量系統。

測試系統按照實驗實施方案布設到位后，在實驗實施前，應與全系統進行聯調，確保測量數據時標準確，為事后數據比對做好準備工作。實驗測量過程應嚴格按照操作規程以及應急預案執行。在水下實驗測量實施過程中，應按照質量管理的要求對實驗過程和關鍵步驟進行檢查確認和記錄，確保實驗狀態可追溯。

2.5數據處理

實驗數據處理應先進行數據預先處理，將個別偏離前后5點平均值較遠，其偏離程度超過10點均方差2倍的測點剔除，并采用10點均值替代。

采用實驗數據動態修勻技術，消除外界干擾，使修勻后的數據落在一條光滑的曲線上。實驗數據動態修勻技術可采用三點法或五點法。

三點平滑法：

五點平滑法：

3　小結

水下實驗有線測量技術是水下實驗過程的基礎性工作，它為水下工程奠定了數據基礎和評判依據，是水下工程的基礎性實驗技術。有線測量在水下實驗中開展過程是一個系統性的工程，為了能夠實現預期的目標，除依據一些標準和規程進行外，更重要的是需要解決工程中的實際問題。作為測量工作者需要不斷從實踐中積累經驗方法，始終跟蹤科技最新動態，加強同行間交流合作，推動水下實驗有線測量技術不斷發展進步。

參考文獻

GJB 3585-99有線測量及數據處理 中國人民解放軍總裝備部1999.3

表2　

Summary of underwater experimental cable measurement technology

Ge Ping,Sun Xing
(91550 troops,116021)

Abstract：Water experiment is marine engineering, marine engineering, marine resources development, underwater weapon development in many fields, such as the necessary means and wired measurement is water water experiments and measurements of an important means,it is underwater experiments provide data support and the basis of assessment is a basic work. In this paper,according to the characteristics of underwater experimental area, this paper describes the characteristics of underwater experimental technology and the key points.

Keywords：underwater experiment;cable measurement;underwater measurement