一種新型單波束測深儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種新型單波束測深儀，該測深儀具有精度高、性能好、可靠性高、便于操作等特點。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋事業(yè)的快速發(fā)展，人們對于海洋生物、海洋資源、海洋環(huán)境的探測和研宄在不斷深入，其中測深儀器在人類海洋活動中扮演著越來越重要的角色，在與海洋相關(guān)的諸多領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，逐漸成為了海洋探測和開發(fā)的基礎(chǔ)。在漁業(yè)捕撈、水文勘測等應(yīng)用場合，測深性能好、拓展端口多樣、價格適中、使用方便的單波束測深儀便成了使用最為廣泛的海洋測深設(shè)備，海域的測深對船艦的航行也具有重要意義。
[0003]目前，市場上主流的單波束測深設(shè)備存在著最小可測深度較深(大于等于0.5m)、測量精度較低(大于等于0.2%)、外接設(shè)備種類少、數(shù)據(jù)導(dǎo)出端口單一等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述單波束測深儀存在的不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題主要包括:
[0005]1.對0.15?300m深度內(nèi)的水體進(jìn)行高檔精度測量(精度為0.1%)；
[0006]2.設(shè)置數(shù)據(jù)輸入端口將GPS終端、深度計等水文測量設(shè)備的數(shù)據(jù)導(dǎo)入測深儀，與深度數(shù)據(jù)結(jié)合以后在顯示屏上顯示并存儲；
[0007]3.設(shè)置數(shù)據(jù)輸出端口將深度測量數(shù)據(jù)及其他水文測量設(shè)備的測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
[0008]單波束測深儀的工作原理是基于聲音在特定的海域里傳播速度恒定的理論上提出的，它是利用換能器將發(fā)射裝置的電信號轉(zhuǎn)換為聲信號向海底發(fā)射聲波脈沖，當(dāng)聲波傳播到海底后發(fā)生反射，接收換能器接收回波信號，根據(jù)換能器發(fā)射與接收脈沖信號的時間差?，即可計算得到換能器與水底的距離。工作原理示意圖如圖1所示，其中Α、B為發(fā)射、接收換能器，分別安裝于船底，兩換能器之間的間隔為S，M為AB中點，發(fā)射面到海底的垂直距離為九發(fā)射面與水面之間的距離為D，水深為H，由圖1則可以求得O點的水深為:
[0009]H=D+h=D+ (AO2-AM2) 1/2
[0010]為了節(jié)約資源，本發(fā)明的換能器設(shè)計為收發(fā)合置，則只需要知道聲波在水中的傳播時間?，即可得出水域的實際水深為:
[0011]H=D+(ct/2)
[0012]其中c為聲波在該水域的傳播速度。
[0013]本實用新型的目的采用下述的技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0014]一種新型單波束測深儀，其特征在于:所述測深儀包含:
[0015]換能器，將發(fā)射裝置的電信號轉(zhuǎn)換為聲信號向海底發(fā)射聲波脈沖，并將該聲波傳播到海底后發(fā)生反射的回波信號輸入給接收裝置進(jìn)行處理；
[0016]發(fā)射裝置，用于將用戶設(shè)置的測量參數(shù)轉(zhuǎn)化為固定脈沖頻率、脈沖寬度、脈沖幅值、發(fā)射間隔的電信號輸出到所述換能器的發(fā)射端，以驅(qū)動換能器產(chǎn)生與所述電信號匹配的聲信號發(fā)射出去；
[0017]接收裝置，用于在所述換能器結(jié)束發(fā)射過程開始信號接收過程以后，將該換能器輸出的接收電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)放大、濾波以后輸入到包絡(luò)檢波電路中進(jìn)行檢波，當(dāng)輸入的電信號大于檢波電路的檢波閾值后，接收裝置就向微控制器輸入一個接收脈沖；
[0018]微控制器，用于采集深度測量參數(shù)的設(shè)定值后產(chǎn)生發(fā)射控制信號，控制所述發(fā)射裝置產(chǎn)生固定脈沖頻率、脈沖寬度、脈沖幅值、發(fā)射間隔的電信號輸出到所述換能器的發(fā)射端，以驅(qū)動該換能器產(chǎn)生與所述電信號匹配的聲信號發(fā)射出去，同時，將所述接收裝置放大、濾波以后的換能器接收數(shù)據(jù)采集以后進(jìn)行處理，計算得出測深數(shù)據(jù)，最后，還要將GPS終端、深度計等水文測量設(shè)備輸出的測量數(shù)據(jù)和測深數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并處理以后通過顯示裝置數(shù)據(jù)輸出端輸出至顯示屏上進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；
[0019]顯示裝置，用于將所述微控制器輸出的測深數(shù)據(jù)、水文測量設(shè)備輸出數(shù)據(jù)在顯示屏上進(jìn)行數(shù)據(jù)及圖像顯示；同時，還要將警報深度、測深范圍等用戶關(guān)注度較高的測量參數(shù)的設(shè)定值在顯示屏上進(jìn)行顯示；
[0020]外部存儲設(shè)備，用于完成測深數(shù)據(jù)的存儲；
[0021]電源轉(zhuǎn)換裝置，用于實現(xiàn)電源的轉(zhuǎn)換，將直流或者交流的輸入電壓轉(zhuǎn)換為所述測深儀各組成部分所需直流電源電壓。由于用戶進(jìn)行測深作業(yè)時所處的環(huán)境不同，能夠提供的供電模式也不盡相同，所以在本發(fā)明新型單波束測深儀的電源轉(zhuǎn)換裝置上設(shè)置了直流輸入和交流輸入兩種模式，其中交流輸入的電壓范圍為220±10%V，頻率范圍為50±6%Hz ;直流輸入的范圍為10?36V。選擇較寬的電壓范圍，能夠使本發(fā)明的新型單波束測深儀能夠在各種供電模式下進(jìn)行可靠地測深作業(yè)。
[0022]所述的換能器由一個獨立的陶瓷片(I)構(gòu)成，由該陶瓷片(I)引出兩根引出電纜
(2)，這兩根引出電纜(2)同時與所述發(fā)射裝置的輸出端和所述接收裝置的輸入端連接。由于該換能器采用了收發(fā)合置模式，所以有兩根引出電纜分別連接到發(fā)射裝置的輸出端和接收裝置的輸入端，當(dāng)發(fā)射裝置工作時微控制器控制接收裝置停止工作；當(dāng)發(fā)射裝置停止工作時，微控制器控制接收裝置開始工作。
[0023]所述的發(fā)射裝置包含有一個MOS管驅(qū)動器，用以驅(qū)動后端由MOS管組成的開關(guān)電路，該開關(guān)電路的輸出端與變壓器初級電路相連，通過設(shè)定變壓器初級電路和次級電路繞線匝數(shù)的比值來確定變壓器次級輸出電壓的幅值，以求通過輸出較大的電壓幅值來提高所述發(fā)射裝置的發(fā)射功率；所述發(fā)射裝置還包含有一個阻抗匹配電路，該阻抗匹配電路與所述的變壓器次級電路輸出端相連，由于換能器存在自由電容，所以對于發(fā)射裝置而言換能器不能等效成一個純阻抗負(fù)載，如果將發(fā)射裝置的電脈沖直接輸入到換能器上，則會有一部分電功率浪費在換能器的非阻抗組成部分上，而不能轉(zhuǎn)化為聲功率發(fā)射出去。為了減小這部分電功率的浪費，需要在變壓器次級輸出端與換能器之間設(shè)計阻抗匹配電路，通過阻抗匹配使得對于發(fā)射裝置而言，換能器和阻抗匹配電路可以被視為純阻抗負(fù)載，這樣將極大地提高發(fā)射裝置的效率。
[0024]所述的接收裝置包含一級固定增益電路，二級可調(diào)增益電路，帶通濾波電路和包絡(luò)檢波電路，所述的一級固定增益電路設(shè)置在換能器的輸出端，對所述換能器在完成接收過程后輸出的電信號進(jìn)行一級放大，經(jīng)過一級放大以后的電信號輸入到所述的帶通濾波器中，由該帶通濾波器來抑制濾波頻帶以外的噪聲信號，然后將該帶通濾波器的輸出電信號輸入到所述的二級可調(diào)增益電路，通過調(diào)節(jié)該二級可調(diào)增益的數(shù)值來保證不同的水域測量深度下回波信號的等幅輸出，經(jīng)過該二級可調(diào)增益電路放大后的電信號通過所述的包絡(luò)檢波電路提取出包絡(luò)電信號。當(dāng)該包絡(luò)電信號的最大值大于設(shè)定閾值的時候，即會向微控制器發(fā)送接收信號，驅(qū)動微控制器開始計算本次測深作業(yè)的測量深度。
[0025]本實用新型提供的新型單波束測深儀，具有精度高、性能好、可靠性高、便于操作等特點，其最小可測深度約為0.15m，測量精度為0.1%，同時設(shè)置有多種水文測量設(shè)備的數(shù)據(jù)導(dǎo)入端口以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出端口，這樣用戶就可以將測深數(shù)據(jù)導(dǎo)出以后在計算機(jī)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的分析和處理。本實用新型不但解決了淺水高精度水文測量的難題，還為多種水文測量設(shè)備的數(shù)據(jù)融合提供了平臺，最后還為客戶對數(shù)據(jù)的后續(xù)處理和分析要求提供了方便。
[0026]為了減小換能器的體積、方便用戶的安裝和使用，本實用新型中換能器設(shè)計為收發(fā)合置模式，即其既可以將發(fā)射裝置輸出的電信號轉(zhuǎn)化為聲信號發(fā)射出去，也可以將接受到的聲信號轉(zhuǎn)化為電信號輸入到接收裝置輸入端。為了便于安裝于船體或者其他載體，可在換能器上與船體或者其他載體連接位置設(shè)置便于在船體或者其他載體上安裝的螺紋連接端。為了減小換能器發(fā)射時引起的振動，還可在所述的換能器與船體或者其他載體連接處設(shè)置耐海水腐蝕的黃銅和優(yōu)質(zhì)橡膠制成的墊片，該墊片的厚度及外徑需要根據(jù)換能器安裝的位置及工作環(huán)境而設(shè)計。
【附圖說明】
[0027]圖1是單波束測深儀工作原理示意圖；
[0028]圖2是本實用新型實施例測深儀結(jié)構(gòu)框圖；
[0029]圖3是本實用新型實施例換能器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是本實用新型實施例發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0031]圖5是本實用新型實施例MOS管功率放大電路圖；
[0032]圖6是本實用新型實施例接收裝置結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0033]圖7是本實用新型實施例一級固定增益電路圖；
[0034]圖8是本實用新型實施例包絡(luò)檢波電路圖。
【具體實施方式】
[0035]為使公眾進(jìn)一步了解本實用新型所采用之技術(shù)、手段及其有益效果，特舉實施例并配合附圖詳細(xì)說明如下，相信當(dāng)可由之得以深入而具體的了解。
[0036]本實用新型所提供的新型單波束測深儀結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，其主要包含換能器、