本實用新型涉及一種回聲測深儀校準裝置。

背景技術(shù)：

回聲測深儀是一種利用聲波測距原理探測海底深度的儀器，根據(jù)聲波類型可分為單頻測深儀和雙頻測深儀，通常包括振蕩器、換能器、放大器、顯示記錄、通信等部分組成?；芈曁綔y設備是最早的一類水下聲學儀器，這種設備在水運航海領域得到了廣泛的應用。其基本工作原理是利用一組發(fā)射換能器在水下發(fā)射聲波，使聲波在水介質(zhì)傳播，直到碰到目標后再被反射回來，反射回來的聲波被接收換能器接收，再使用人工或計算機處理接收到的信號，進而確定目標的參數(shù)和類型。

回聲測深儀設備廣泛的應用于航道水深測量、清淤處理等領域，同時也是保證船舶航行安全的重要設備，因此對回聲測深儀進行定期的計量校準，保證儀器的工作性能和技術(shù)指標就顯得十分重要?；芈暅y深儀遠程校準裝置是一種用于對回聲測深儀進行遠程校準的設備，可以確?；芈暅y深儀處于受控狀態(tài)。目前的回聲測深儀測試設備大多只能對儀器參數(shù)進行測試，無法對其性能進行校準，也無法將數(shù)據(jù)上傳服務器進行計量認證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上，有必要提供一種回聲測深儀校準裝置，可對回聲測深儀進行自動測量。

一種回聲測深儀校準裝置，包括微控制單元、阻抗匹配單元、信號檢出單元及回波發(fā)生單元，所述微控制單元包括微控制器，所述阻抗匹配單元包括多路開關和模擬開關，所述回波發(fā)生單元包括波形合成芯片，所述信號檢出單元包括負載輸出電路、頻率測量電路及電壓采集電路，所述負載輸出電路包括繼電器，所述繼電器包括開關端和線圈端，所述模擬開關包括模擬常開端，所述開關端和線圈端分別電性連接所述模擬常開端，所述開關端和線圈端電性相連后分別電性連接所述頻率測量電路和電壓采集電路。

優(yōu)選地，所述微控制器包括地址控制信號端、邏輯電平控制信號端、重置控制信號端、數(shù)據(jù)控制信號端、頻率更新控制信號端及指令時鐘控制信號端，所述多路開關包括地址端，所述地址端電性連接所述地址控制信號端，所述模擬開關包括邏輯電平輸入端，所述邏輯電平輸入端電性連接所述邏輯電平控制信號端，所述波形合成芯片包括重置端、數(shù)據(jù)端、頻率更新端及指令時鐘端，所述重置端、數(shù)據(jù)端、頻率更新端及指令時鐘端分別電性連接所述重置控制信號端、數(shù)據(jù)控制信號端、頻率更新控制信號端及指令時鐘控制信號端。

優(yōu)選地，所述阻抗匹配單元還包括集成運放，所述多路開關包括選擇輸入端和輸出端，所述模擬開關還包括模擬通用端，所述選擇輸入端電性相連，所述多路開關的輸出端電性連接所述集成運放的輸入端，所述集成運放的輸出端電性連接所述模擬通用端，所述模擬常開端電性連接所述信號檢出單元。

優(yōu)選地，所述頻率測量電路包括反向器，所述反向器的輸入端電性連接開關端，所述反向器的輸出端輸出脈沖信號，所述反向器的輸出端電性連接一發(fā)光二極管，所述電壓采集電路包括集成運放，所述集成運放的同向輸入端電性連接開關端，所述集成運放的輸出端輸出一功率信號。

優(yōu)選地，所述回聲測深儀校準裝置還包括串行接口單元，所述串行接口單元包括收發(fā)器芯片，所述收發(fā)器芯片包括接收器輸出端、接收器輸出使能端、驅(qū)動器輸出使能端及驅(qū)動器輸入端，所述微控制器還包括驅(qū)動器輸入控制信號端、接收器輸出控制信號端及輸出使能控制信號端，所述接收器輸出端和驅(qū)動器輸入端分別電性連接所述接收器輸出控制信號端和驅(qū)動器輸入控制信號端，所述接收器輸出使能端和驅(qū)動器輸出使能端電性相連后電性連接所述輸出使能控制信號端。

優(yōu)選地，所述收發(fā)器芯片還包括接收器反向輸入端和接收器同向輸入端，所述接收器反向輸入端和接收器同向輸入端分別電性連接所述回聲測深儀。

優(yōu)選地，所述回聲測深儀校準裝置還包括無線網(wǎng)絡單元，所述微控制單元通過所述無線網(wǎng)絡單元向一遠端服務器上傳測試數(shù)據(jù)，所述遠端服務器安裝有上位機測試軟件，所述上位機測試軟件根據(jù)接收到的測試數(shù)據(jù)生成電子版校準證書，所述遠端服務器通過所述無線網(wǎng)絡單元將電子版校準證書回傳給所述微控制單元。

優(yōu)選地，所述遠端服務器具有接收并處理數(shù)據(jù)、生成計量證書及設備受控狀態(tài)管理的功能，所述上位機測試軟件具有設備測試、測試過程記錄，測試數(shù)據(jù)上傳及計量證書下載打印的功能。

優(yōu)選地，所述回聲測深儀校準裝置還包括顯示單元、存儲單元及輸入單元，所述輸入單元采用旋轉(zhuǎn)編碼器，通過輸入輸出接口實現(xiàn)鍵盤操作。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型回聲測深儀校準裝置包括微控制單元、阻抗匹配單元、信號檢出單元及回波發(fā)生單元，所述微控制單元包括微控制器，所述阻抗匹配單元包括多路開關和模擬開關，所述回波發(fā)生單元包括波形合成芯片，所述信號檢出單元包括負載輸出電路、頻率測量電路及電壓采集電路，實現(xiàn)了對所述回聲測深儀進行自動測量。

附圖說明

圖1是本實用新型回聲測深儀校準裝置的系統(tǒng)框圖。

圖2是圖1中微控制單元的電路圖。

圖3是圖1中阻抗匹配單元的電路圖。

圖4是圖1中信號檢出單元的系統(tǒng)框圖。

圖5A、圖5B、圖5C分別是圖4中負載輸出電路、頻率測量電路及電壓采集電路的電路圖。

圖6A、圖6B分別是圖1中回波發(fā)生單元和串行接口單元的電路圖。

具體實施方式

請參照圖1，本實用新型一種回聲測深儀校準裝置的較佳實施方式包括一微控制單元100、一阻抗匹配單元200、一信號檢出單元300、一回波發(fā)生單元400、一串行接口單元500、一顯示單元600、一存儲單元700、一輸入單元800及一無線網(wǎng)絡單元900。所述回聲測深儀校準裝置用以對一回聲測深儀10的發(fā)射參數(shù)、接收參數(shù)及計量特性進行測量。

請參照圖2，所述微控制單元100包括一微控制器U1，所述微控制器U1包括若干地址控制信號端PA4～PA6、一邏輯電平控制信號端PC4、一重置控制信號端PB9、一數(shù)據(jù)控制信號端PB8、一頻率更新控制信號端PB7、一指令時鐘控制信號端PB6、一驅(qū)動器輸入控制信號端PA2、一接收器輸出控制信號端PA3、一輸出使能控制信號端PA7。其中，所述微控制器U1為意法半導體公司生產(chǎn)的STMF103系列微控制器，所述微控制器U1具有定時器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、串行接口及多個通用輸入輸出接口。所述微控制器U1選用低相噪的有源溫補晶振進行驅(qū)動，所述有源溫補晶振的工作溫度為-30～+70攝氏度，精度≤±2每百萬單位。

請參照圖3，所述阻抗匹配單元200包括一多路開關U6、一模擬開關U9及若干集成運放 U3C、U3D、U7A、U7B。所述多路開關U6包括若干地址端A、B、C、若干選擇輸入端X0～ X7及一輸出端X。所述模擬開關U9包括一模擬通用端COM、一模擬常開端NO及一邏輯電平輸入端IN。每一集成運放U3C、U3D、U7A、U7B分別包括一同向輸入端、一反向輸入端及一輸出端。所述若干地址端A、B、C分別電性連接所述若干地址控制信號端PA4～PA6。所述選擇輸入端X0經(jīng)由一電阻R32電性連接所述選擇輸入端X1。所述選擇輸入端X1經(jīng)由一電阻R33電性連接所述選擇輸入端X2。所述選擇輸入端X2經(jīng)由一電阻R35電性連接所述選擇輸入端X3。所述選擇輸入端X3經(jīng)由一電阻R36電性連接所述選擇輸入端X4。所述選擇輸入端X4經(jīng)由一電阻R38電性連接所述選擇輸入端X5。所述選擇輸入端X5經(jīng)由一電阻R40電性連接所述選擇輸入端X6。所述選擇輸入端X6經(jīng)由一電阻R42電性連接所述選擇輸入端X7。所述選擇輸入端X7經(jīng)由一電阻R43分別電性連接所述集成運放U3C的反向輸入端和輸出端。所述集成運放U3C的同向輸入端順次經(jīng)由一電容C52和一電阻R41 電性連接所述回波發(fā)生單元400。所述集成運放U3C的同向輸入端經(jīng)由一電阻R45電性連接所述集成運放U3D的輸出端以輸出一電壓信號。所述輸出端X經(jīng)由一電容C43電性連接所述集成運放U7A的同向輸入端。所述集成運放U7A的同向輸入端經(jīng)由一電阻R37分別電性連接所述集成運放U3D的反向輸入端和輸出端。所述集成運放U3D的輸出端經(jīng)由一電阻 R39電性連接所述集成運放U7B的同向輸入端。所述集成運放U3D的同向輸入端經(jīng)由一電阻R44接地。所述集成運放U7A的反向輸入端和輸出端電性相連。所述集成運放U7A的輸出端順次經(jīng)由一電阻R30和一電容C44電性連接所述集成運放U7B的同向輸入端。所述集成運放U7B的反向輸入端和輸出端電性相連。所述集成運放U7B的輸出端順次經(jīng)由一電阻 R29和一電容C45電性連接所述模擬通用端COM。所述模擬常開端NO電性連接所述信號檢出單元300。所述邏輯電平輸入端IN電性連接所述邏輯電平控制信號端PC4。其中，所述多路開關U6為德州儀器公司生產(chǎn)的CD4051系列多路開關，所述模擬開關U9為美信公司生產(chǎn)的MAX319系列模擬開關。

請參照圖4和圖5A、圖5B、圖5C，所述信號檢出單元300包括一負載輸出電路310、一頻率測量電路320及一電壓采集電路330。所述負載輸出電路310包括一繼電器P12，所述繼電器P12包括若干開關端1～3、5～7及兩線圈端4、8。所述開關端1電性連接一負載 (圖未示)的一端。所述開關端2分別經(jīng)由一電阻R22和一電容C30電性連接所述負載的另一端。所述開關端3分別經(jīng)由一電阻R23和一電容C31電性連接所述模擬常開端NO。所述線圈端4經(jīng)由一電阻R24和一電容C32電性連接所述模擬常開端NO。所述若干開關端5～7和線圈端8電性相連后分別電性連接所述頻率測量電路320和電壓采集電路330。所述頻率測量電路320包括若干反向器U2B、U2C、U2D、U2E、U2F。所述反向器U2B的輸入端經(jīng)由一電阻R12電性連接若干開關端5～8。所述反向器U2B的輸出端分別電性連接所述反向器U2C和U2F的輸入端。所述反向器U2C的輸出端經(jīng)由一二極管D5電性連接所述反向器U2D的輸入端。所述反向器U2F的輸出端輸出一脈沖信號。所述反向器U2D的輸出端電性連接所述反向器U2E的輸入端。所述反向器U2E的輸出端順次經(jīng)由一電阻R13和一發(fā)光二極管LED1接地。所述電壓采集電路330包括兩集成運放U3A和U3B，每一集成運放U3A和U3B分別包括一同向輸入端、一反向輸入端及一輸出端。所述集成運放U3A的同向輸入端順次經(jīng)由一電阻R19、一二極管D9、一電容C29及一電阻R18電性連接若干開關端5～8。所述集成運放U3A的輸出端順次經(jīng)由一二極管D8和一電阻R17電性連接所述集成運放U3B的同向輸入端。所述集成運放U3B的反向輸入端和輸出端電性相連。所述集成運放U3B的輸出端輸出一功率信號。

請參照圖6A和圖6B，所述回波發(fā)生單元400包括一波形合成芯片P9，所述波形合成芯片 P9包括一信號輸入端2、一重置端12、一數(shù)據(jù)端14、一頻率更新端16及一指令時鐘端 18。所述信號輸入端2順次經(jīng)由電阻R41和電容C52電性連接所述集成運放U3C的同向輸入端。所述重置端12、數(shù)據(jù)端14、頻率更新端16及指令時鐘端18分別電性連接所述重置控制信號端PB9、數(shù)據(jù)控制信號端PB8、頻率更新控制信號端PB7及指令時鐘控制信號端PB6。其中，所述波形合成芯片P9為亞德諾半導體公司生產(chǎn)的AD9850DDS系列波形合成芯片，所述波形合成芯片P9的正弦波輸出頻率為0～40兆赫茲，方波輸出頻率為0～1兆赫茲。

所述串行接口單元500包括一收發(fā)器芯片D7，所述收發(fā)器芯片D7包括一接收器輸出端RO、一接收器輸出使能端RE、一驅(qū)動器輸出使能端DE、一驅(qū)動器輸入端DI、一接收器反向輸入端B及一接收器同向輸入端A。所述接收器輸出端RO和驅(qū)動器輸入端DI分別電性連接所述接收器輸出控制信號端PA3和驅(qū)動器輸入控制信號端PA2。所述接收器輸出使能端RE 和驅(qū)動器輸出使能端DE電性相連后電性連接所述輸出使能控制信號端PA7。所述接收器反向輸入端B和接收器同向輸入端A分別經(jīng)由保險絲F1、F2電性連接所述回聲測深儀10。其中，所述收發(fā)器芯片D7為美信公司生產(chǎn)的MAX487系列收發(fā)器芯片，所述收發(fā)器芯片 D7支持連接所述回聲測深儀10的串行通信接口，可通過輸入輸出接口控制連接類型。

所述顯示單元600為3.1寸的OLED(Organic Light-Emitting Diode，有機發(fā)光二極管) 顯示器，分辨率為256*64，工作溫度為-40～+85攝氏度，50％像素點亮功耗小于400毫瓦。所述存儲單元700為兆易創(chuàng)新公司生產(chǎn)的GD25Q32系列存儲器，容量為4兆字節(jié)，工作頻率104兆赫茲，支持串行外設接口通信。

所述輸入單元800采用旋轉(zhuǎn)編碼器，通過輸入輸出接口實現(xiàn)鍵盤操作。

所述無線網(wǎng)絡單元900為樂鑫信息科技公司生產(chǎn)的ESP8266系列無線網(wǎng)絡芯片，所述無線網(wǎng)絡單元900支持AP(Access Point，無線訪問接入點)、STA(Station，無線終端)及 AP+STA三種無線傳輸模式。

所述微控制單元100通過所述無線網(wǎng)絡單元900向一遠端服務器20上傳測試數(shù)據(jù)，所述遠端服務器20安裝有上位機測試軟件，所述上位機測試軟件根據(jù)接收到的測試數(shù)據(jù)生成電子版校準證書，所述遠端服務器20通過所述無線網(wǎng)絡單元900將電子版校準證書回傳給所述微控制單元100。其中，所述遠端服務器20支持windows2008 64位操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2008，采用.net開發(fā)平臺和C#開發(fā)語言。所述遠端服務器20具有接收并處理數(shù)據(jù)、生成計量證書及設備受控狀態(tài)管理的功能。所述上位機測試軟件支持 windows XP、windows7 32位及64位操作系統(tǒng)，采用.net開發(fā)平臺和C#開發(fā)語言。所述上位機測試軟件具有設備測試、測試過程記錄，測試數(shù)據(jù)上傳及計量證書下載打印的功能。采用上述回聲測深儀校準裝置對所述回聲測深儀10進行校準時，所述阻抗匹配單元200 調(diào)整所述回聲測深儀10發(fā)射的高壓脈沖信號，并根據(jù)高壓脈沖信號精確生成微伏級的回波信號，完成對所述回聲測深儀10發(fā)射功率和接收靈敏度的采集和檢測。所述信號檢出單元300通過所述微控制單元100的輸入輸出接口將發(fā)射功率和接收靈敏度的簇信號轉(zhuǎn)換成模擬信號和頻率信號，完成對所述回聲測深儀10發(fā)射功率和簇頻率的采集和檢測。所述回波發(fā)生單元400通過串行外設接口和所述微控制單元100進行通信，進而根據(jù)發(fā)射功率和接收靈敏度的簇信號模擬回波間隔生成1兆赫茲以下的方波和40兆赫茲以下的正弦波。所述微控制單元100根據(jù)接收到的模擬信號、頻率信號及方波/正弦波信號對所述回聲測深儀10的精度進行測量和分析，并將測試數(shù)據(jù)上傳到所述遠端服務器20。所述遠端服務器20根據(jù)接收到的測試數(shù)據(jù)生成電子版校準證書，并通過所述無線網(wǎng)絡單元900將電子版校準證書回傳給所述微控制單元100。經(jīng)測試驗證，上述回聲測深儀校準裝置的技術(shù)指標如下：頻率測量范圍：10赫茲～4兆赫茲。頻率測量精度：≤10每百萬單位。深度測量范圍：0.5米～800米。深度測量精度：深度0.5米～10米，<±5毫米；深度10米～200米，<±10毫米；深度200米～800米，<±50毫米。

本實用新型回聲測深儀校準裝置通過所述信號檢出單元300將發(fā)射功率和接收靈敏度的簇信號轉(zhuǎn)換成模擬信號和頻率信號，所述回波發(fā)生單元400根據(jù)發(fā)射功率和接收靈敏度的簇信號模擬回波間隔生成方波和正弦波，所述微控制單元100根據(jù)接收到的模擬信號、頻率信號及方波/正弦波信號對所述回聲測深儀10的精度進行測量，并將測試數(shù)據(jù)上傳到遠端服務器20，實現(xiàn)了對所述回聲測深儀10進行自動測量。