超聲波測深儀校準(zhǔn)檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于海洋探測技術(shù)領(lǐng)域，涉及超聲波測深儀的校準(zhǔn)檢測技術(shù)，具體指一種超聲波測深儀校準(zhǔn)檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波測深儀是一種適用于江河湖泊、水庫航道、港口碼頭、沿海、深海的水下斷面和水下地形測量及導(dǎo)航、水下物探等諸多水域的水深測量儀器。超聲波測深儀的主要性能取決于以下幾個技術(shù)指標(biāo):測量精度、盲區(qū)、作用距離等。超聲波測深儀用途十分廣泛，市場上產(chǎn)品也很多，但是目前并沒有一套完整的方法和設(shè)備對其進行校準(zhǔn)和性能的檢測。
[0003]超聲波測深儀由聲學(xué)元件、電子元件、機電元件組成，精度由上述元件的精度和使用方法決定，例如不同批次間的換能器參數(shù)、電路的噪聲、發(fā)射聲源級均不同，以及對應(yīng)不同設(shè)備的測深參數(shù)也不相同，因此使用之前對其進行校準(zhǔn)和檢測是非常必要的。
[0004]目前，超聲波測深儀的校準(zhǔn)裝置一般都是單純的機械裝置，此種裝置通過螺桿準(zhǔn)確測定水深，用游標(biāo)卡尺測定記錄水深，選用高精度溫、鹽、深計算水中聲速，然后用上述直接測量值，間接校準(zhǔn)測深儀的穩(wěn)定性和聲速值。因此，現(xiàn)有校準(zhǔn)裝置的操作和計算均相對復(fù)雜，且只能校準(zhǔn)部分測深所用的參數(shù)，對測深儀的其他指標(biāo)并沒有檢測和評估能力，使用局限性較大。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對上述技術(shù)問題，本實用新型利用水聲學(xué)技術(shù)研制了一種新型超聲波測深儀的校準(zhǔn)檢測裝置，有效解決了現(xiàn)有測深儀的機械式校準(zhǔn)檢測裝置操作、計算復(fù)雜，校準(zhǔn)檢測精度低，以及使用受限的技術(shù)問題。
[0006]本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：
[0007]—種超聲波測深儀校準(zhǔn)檢測裝置，由干端和濕端兩部分組成，所述干端包括主機、顯控軟件和電子系統(tǒng)，電子系統(tǒng)包括模擬接收機、模擬發(fā)射機和數(shù)字處理板，其中，模擬接收機用于接收待測測深儀的發(fā)射信號，模擬發(fā)射機用于模擬發(fā)射測深儀的底回波信號，數(shù)字處理板完成信號的處理、檢測并發(fā)送給顯控軟件;所述濕端包括換能器及固定架，該換能器與待測測深儀的換能器相對安裝在固定架上，兩換能器間的距離活動可調(diào)；所述固定架置于水槽內(nèi)，水槽的水深淹沒兩換能器。
[0008]作為本裝置的優(yōu)化方案，所述固定架包括一長桿，長桿上設(shè)有滑軌，兩換能器活動安裝在長桿上，通過沿滑軌移動來調(diào)節(jié)換能器間的距離。
[0009]作為本裝置的優(yōu)化方案，所述換能器通過設(shè)置在滑軌內(nèi)的安裝架與固定架連接，通過上下調(diào)節(jié)安裝架使兩換能器的聲學(xué)中心連線與滑軌平行。
[0010]作為本裝置的優(yōu)化方案，所述長桿上設(shè)有嚴(yán)格校準(zhǔn)的刻度。
[0011]本實用新型的有益效果是：旨在利用水聲學(xué)技術(shù)，研制一套超聲波測深儀的校準(zhǔn)檢測裝置，簡單易于操作，可靠有效，可對市場上大部分的超聲波測深儀進行校準(zhǔn)得到合適的技術(shù)參數(shù)，并測量出測深儀的關(guān)鍵指標(biāo);對每一臺測深儀在出廠時就可以實現(xiàn)校準(zhǔn)和性能的檢測，取代了測深儀需在江、湖等區(qū)域進行復(fù)雜測試，從而降低了成本;并結(jié)合實際距離對測深參數(shù)進行求解，有效提高了校準(zhǔn)檢測的精度。
【附圖說明】
[0012]圖I為校準(zhǔn)檢測裝置的電子系統(tǒng)組成框圖；
[0013]圖2為校準(zhǔn)檢測裝置固定架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為校準(zhǔn)檢測方法的流程框圖；
[0015]圖4為校準(zhǔn)檢測裝置的信號處理流程框圖：
[0016]圖中：1_待測測深儀的換能器，2-校準(zhǔn)檢測裝置的換能器，3-固定架，4-長桿，5-滑軌，6-安裝架，7-刻度。
【具體實施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型及其效果作進一步闡述。
[0018]如圖I、2所示，一種超聲波測深儀校準(zhǔn)檢測裝置，由干端和濕端兩部分組成，所述干端包括主機、顯控軟件和電子系統(tǒng)，為提高設(shè)備的集成度，通過模塊化設(shè)計將主機、顯控軟件和電子系統(tǒng)集成為一體。電子系統(tǒng)包括模擬接收機、模擬發(fā)射機和數(shù)字處理板，其中，模擬接收機用于接收待測測深儀的發(fā)射信號，模擬發(fā)射機用于模擬發(fā)射測深儀的底回波信號，數(shù)字處理板完成信號的處理、檢測并發(fā)送給顯控軟件進行顯示與控制;所述濕端包括換能器2及固定架3，該換能器2與待測測深儀的換能器I相對安裝在固定架3上，兩換能器間的距離活動可調(diào);所述固定架3置于水槽內(nèi)，水槽的水深淹沒兩換能器。固定架3包括一長桿4，長桿I上設(shè)有滑軌5和經(jīng)嚴(yán)格校準(zhǔn)的刻度6，上述兩只換能器通過設(shè)置在滑軌5內(nèi)的安裝架6活動安裝在長桿4上，換能器可沿滑軌5移動來調(diào)節(jié)換能器間的距離，可通過上下調(diào)節(jié)安裝架6使兩換能器的聲學(xué)中心連線與滑軌5平行。
[0019]利用上述校準(zhǔn)檢測裝置進行超聲波測深儀技術(shù)參數(shù)的校準(zhǔn)和關(guān)鍵指標(biāo)的檢測的方法，具體包括以下步驟：
[0020]a、將待測測深儀的換能器I和校準(zhǔn)檢測裝置的換能器2安裝于固定架3上，固定架置于水槽中，由待測測深儀發(fā)射信號，校準(zhǔn)檢測裝置的模擬接收機接收信號后，模擬發(fā)射機發(fā)射模擬底回波信號，待測測深儀檢測該回波信號，給出測深結(jié)果，用以驗證測深儀的功會K;
[0021]b、所述待測測深儀的待調(diào)整參數(shù)有N個時，則兩個換能器間距的調(diào)整次數(shù)需大于N次，得到大于N組的測深結(jié)果，將測深結(jié)果與標(biāo)尺刻度進行比較，計算誤差，按照測深參數(shù)算法得到各個測深參數(shù)的修正值;用修正值對各參數(shù)進行調(diào)整，并重新進行測距的驗證；
[0022]C、設(shè)置兩個換能器的間距為lm，調(diào)節(jié)校準(zhǔn)檢測裝置的DA控壓，測量測深儀能檢測到的最大作用距離;最大作用距離代表設(shè)備的極限性能，是對設(shè)備出廠的一種性能檢驗和評估；
[0023]d、縮短兩個換能器的間距，調(diào)節(jié)校準(zhǔn)檢測裝置的DA控壓，測量測深儀能檢測到的最小作用距離；最小作用距離是盲區(qū)測量，盲區(qū)越小測深儀性能越高，可以滿足極淺水測量；
[0024]更進一步地，上述測深參數(shù)的具體計算步驟如下：
[0025]a、若測深儀的聲源級為SL，待測測深儀換能器和校準(zhǔn)檢測儀換能器相聚R，單程傳播損失為TL，目標(biāo)強度為TS，海水的吸收系數(shù)為X，校準(zhǔn)檢測裝置的換能器接收靈敏度為Mx，接收增益為BL，發(fā)射響應(yīng)為SL0，發(fā)射機有效電壓為U;校準(zhǔn)檢測裝置換能器端的信號級為SL-TL，調(diào)整換能器間距使R=lm，那么校準(zhǔn)檢測換能器端信號級為SL，校準(zhǔn)檢測儀的輸出電壓級為SL+Mx+BL，對比實際接收的信號大小，通過顯控軟件得到待測測深儀的實測聲源級SL；
[0026]b、測深儀遵循聲納方程:SL-2*TL+TS-(NL-DI) >DT，其中，DT為檢測閾，DI為指向性指數(shù)，NL為噪聲級，根據(jù)不同的底的類型和噪聲背景，根據(jù)聲源級SL預(yù)測出測深儀的最大作用距離Rmax;
[0027]c、測深儀工作中的回波級為SL-2*TL+TS，其中TL = 20*L0G (R) +X*R ；
[0028]校準(zhǔn)檢測裝置的發(fā)射聲源級31^1 = 31^+20*11?(1])，其中，電壓1]由04控制：
[0029]d、通過調(diào)整DA改變SL1，來模擬真實回波的大小SL-2*TL+TS，S卩SL1 = SL-2*TL+TS，建立一個DA和距離R的對應(yīng)關(guān)系，減小DA值，當(dāng)待測測深儀檢測不到模擬回波信號時，記錄DA和R的變化，并與Rmax進行比較，得到待測測深儀的最大作用距離。
[0030]信號處理
[0031]校準(zhǔn)檢測裝置的模擬接收機接收待測測深儀的發(fā)射信號，并發(fā)送給數(shù)字處理板進行信號處理、檢測。測深處理時，要求有高的距離分辨力，所以測深儀的工作頻率較高，但是信號的目標(biāo)和起伏信息大都存在于包絡(luò)中，在信號處理時需要對目標(biāo)信號進行頻率搬移，頻率搬移指將接收到的回波信號混頻到低頻進行處理，這樣可以降低數(shù)據(jù)運算量。即以接收信號的所在頻率為依據(jù)，乘以由采樣形式和采樣頻率確定的某一頻率的余弦信號，并進行低通濾波，得到回波的基帶信號。例如:假設(shè)測深儀的中心頻率為200KHZ，頻率覆蓋范圍為190KHz-210KHz，則可將接收信號乘以頻率為200KHz的余弦信號，并進行低通濾波，濾波器截止頻率為10kHz，則得到回波的基帶信號，然后對基帶信號進行判別和提取，就可以完成對測深儀信號的檢測。檢測到信號之后，通過相應(yīng)的設(shè)置和計算，給出不同的回波信息，就完成了校準(zhǔn)檢測儀的信號處理流程。信號處理流程如圖4所示。
[0032]以上實施例僅是示例性的，并不會局限本實用新型，應(yīng)當(dāng)指出對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在本實用新型所提供的技術(shù)啟示下，所做出的其它等同變型和改進，均應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種超聲波測深儀校準(zhǔn)檢測裝置，其特征在于：由干端和濕端兩部分組成，所述干端包括主機、顯控軟件和電子系統(tǒng)，電子系統(tǒng)包括模擬接收機、模擬發(fā)射機和數(shù)字處理板，其中，模擬接收機用于接收待測測深儀的發(fā)射信號，模擬發(fā)射機用于模擬發(fā)射測深儀的底回波信號，數(shù)字處理板完成信號的處理、檢測并發(fā)送給顯控軟件;所述濕端包括換能器及固定架，該換能器與待測測深儀的換能器相對安裝在固定架上，兩換能器間的距離活動可調(diào);所述固定架置于水槽內(nèi)，水槽的水深淹沒兩換能器。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種超聲波測深儀校準(zhǔn)檢測裝置，其特征在于:所述固定架包括一長桿，長桿上設(shè)有滑軌，兩換能器活動安裝在長桿上，通過沿滑軌移動來調(diào)節(jié)換能器間的距離。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波測深儀校準(zhǔn)檢測裝置，其特征在于:所述換能器通過設(shè)置在滑軌內(nèi)的安裝架與固定架連接，通過上下調(diào)節(jié)安裝架使兩換能器的聲學(xué)中心連線與滑軌平行。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波測深儀校準(zhǔn)檢測裝置，其特征在于:所述長桿上設(shè)有嚴(yán)格校準(zhǔn)的刻度。
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型超聲波測深儀的校準(zhǔn)檢測裝置及其校準(zhǔn)檢測方法，由干端和濕端兩部分組成，所述干端包括主機、顯控軟件和電子系統(tǒng)，電子系統(tǒng)包括模擬接收機、模擬發(fā)射機和數(shù)字處理板；所述濕端包括換能器及固定架，該換能器與待測測深儀的換能器相對安裝在固定架上，兩換能器間的距離活動可調(diào)；所述固定架置于水槽內(nèi)，水槽的水深淹沒兩換能器。簡單易于操作，可靠有效，可對大部分的測深儀進行校準(zhǔn)檢測；對測深儀在出廠時就可實現(xiàn)校準(zhǔn)和性能的檢測，取代了測深儀需在江、湖等區(qū)域進行復(fù)雜測試，降低了成本；并利用測深參數(shù)計算方程結(jié)合實際距離對測深參數(shù)進行求解，有效提高了校準(zhǔn)檢測的精度。
【IPC分類】G01C25/00
【公開號】CN205156931
【申請?zhí)枴緾N201520972797
【發(fā)明人】鄔松, 羅宇
【申請人】江蘇中海達(dá)海洋信息技術(shù)有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月30日