一种多波束测深仪接收换能器性能检测装置的制造方法

文档序号:9863960阅读:587来源:国知局
一种多波束测深仪接收换能器性能检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋探测领域,具体设及一种多波束测深仪接收换能器性能检测装 置。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展,人们对占地球表面积70% W上的海洋和江河湖泊的开发越来越 关注,多波束测深仪作为当今海洋开发领域关键设备之一,一次测量能给出与航行方向垂 直的垂面内几十个甚至上百个海底被测点的水深值,或者一条一定宽度的全覆盖水深条 带,而且,它能准确地、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化,从 而可W比较精细地描绘出海底地形地貌的精准特征,其发展和运用得到很多海洋大国的高 度重视。
[0003] 多波束测深仪采用?'形布置的发射、接收阵结构。发射阵沿船航行方向布置,形 成纵向较窄横向较宽的发射波束,形成一个测量条带。接收阵则横向布置,通过接收波束形 成处理,形成许多横向较窄而纵向较宽的波束,接收波束和发射波束相交形成许多测量点 (俗称脚印),最后利用各个脚印回波的到达时间与角度计算出整个测量的深度值。
[0004] 所谓接收波束形成是指通过对接收换能器各阵元的输出信号进行相位补偿处理 (通常窄带情况下是对各阵元数据进行幅度加权、延时、求和等),使得某一方向信号入射时 各路阵元输出数据实现同向相加,使基阵输出达到最大。如果接收换能器各阵元性能差异 较大,则进行相位补偿处理比较复杂,波束形成效果较差,影响测量效果。如果接收换能器 各阵元性能差异较小,则可W通过相位补偿使得波束形成效果更好。所W,接收换能器各阵 元性能比如相位、幅度的检测对于多波束测深仪的测量结果起着至关重要的作用。
[0005] 在多波束测深仪中,接收换能器的阵元通常有几十路甚至上百路,每路阵元的输 出都是独立输出。由于换能器输出信号较小,所W进行检测时要先将信号通过运放单元(功 能为信号进行放大)后检测。如果要对接收换能器的每一个阵元性能进行测量,则至少需要 几十对线。由于接收换能器的性能检测需要在消声水池中放到水下进行,需要将接收换能 器通过结构件进行水密,通过水密电缆将信号传输出来,一般采用多波束测深仪的结构件 和水密电缆。如果直接通过水密电缆进行测量,由于电缆忍数比较有限,则每次只能测量几 组阵元性能,在测量完后需要将结构件打开,重新接线后再测量另几组阵元的性能。运样测 量比较复杂,多次拆装后多波束结构和水密接插件基本上不能用在正式产品中,另外拆装 时包括了结构件的拆装及测量夹具的拆装,需要耗费大量的时间和人力,同时由于消声水 池比较稀少,测量费用较高,耗费大量的时间即意味着测量成本的增加。故需要一种接收换 能器检测装置能够既经济又有效地解决上述问题。

【发明内容】

[0006] 本发明要解决的技术问题是:为了解决【背景技术】提出的问题,本发明提供了一种 多波束测深仪接收换能器性能检测装置。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008] -种多波束测深仪接收换能器性能检测装置,其包括供电单元、串口通讯单元、处 理器、选通单元、多波束接收换能器、增益控制单元、运放单元W及测量单元;
[0009] 供电单元,用于给装置供电;
[0010] 串口通讯单元与处理器相连,用于接收串口命令并将其传输给处理器;
[0011] 处理器分别与选通单元、增益控制单元相连,并发送命令给选通单元和增益控制 单元进行控制;
[0012] 选通单元分别与多波束接收换能器、运放单元相连,并根据接收到的处理器命令 从Μ路阵元中选择N路作为一次待放大信号传输给运放单元;
[0013] 多波束接收换能器与选通单元连接,用于将接收到的超声波信号转为电信号;
[0014] 增益控制单元与运放单元相连,根据处理器命令来输出稳定的电压给所述运放单 元,进而控制所述运放单元的增益;
[0015] 运放单元与测量单元相连,将选通单元传输的一次待放大信号进行放大。
[0016] 测量单元,用于对经运放单元放大后的信号进行进行测量。
[0017] 进一步地,选通单元由模拟开关组成,其根据多波束接收换能器的阵元数目分配 匹配的模拟开关数目,并通过每个模拟开关之间的组合完成一次待放大信号的输出。
[0018] 进一步地,运放单元的增益由增益控制单元的输出电压控制,即:
[0019] G(dB)=-40Vctr-40
[0020] 其中,G为运放单元的增益,Vctr为增益控制单元的输出电压值。
[0021] 进一步地,增益控制单元包括电压跟随器,电压跟随器的输出电压由下列公式计 算:
[0022]
[0023] 其中,Vref是基准元电压,Vdd为电源电压,R8、R9为电阻,增益控制单元通过无符号 字符a值对串口命令中的16位数据的高8位进行保存,无符号字符b值对串口命令中的16位 数据的低8位数据保存,并通过取得a值中低4位数值,与b值构成了 12位的D值。
[0024] 进一步地,测量单元包括至少对N路信号幅度W及相位的测量。
[0025] 本发明的有益效果是,采用该装置极大地简化了接收换能器性能的检测过程,在 较少的时间内能够完成多路阵元的检测,既节省了时间又人力和财力。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的多波束测深仪接收换能器性能检测装置框图。
[0027] 图2是本发明的供电单元原理图。
[002引图3是本发明的处理器内部程序流程图。
[0029] 图4是本发明选通单元的模拟开关原理图。
[0030] 图5是本发明选通单元工作示意图。
[0031] 图6是本发明增益控制单元原理图。
[0032] 图7是本发明增益控制单元的操作时序图。
[0033] 图8是本发明运放单元原理图。
【具体实施方式】
[0034] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。运些附图均为简化的示意图,仅W 示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0035] 如图1所示,本发明所述多波束测深仪接收换能器性能检测装置包括:供电单元、 串口通讯单元、处理器、选通单元、增益控制单元、运放单元、多波束接收换能器W及测量单 J L· 〇
[0036] 供电单元,用来给整个装置供电;串口通讯单元,用来接收串口命令并将其传输给 处理器,处理器分别与选通单元、增益控制单元相连接,并发送命令对选通单元和增益控制 单元进行控制;选通单元分别与多波束接收换能器、运放单元相连接,并根据接收到的处理 器命令从Μ路阵元中选择N路作为一次待放大信号传输给运放单元,其中,M、N均可W由用户 根据实际情况进行设定;多波束接收换能器与选通单元连接,用于将接收到的超声波信号 转为电信号;增益控制单元与运放单元相连接,根据处理器命令来输出一个稳定的电压给 运放单元,从而控制运放单元的增益;运放单元与测量单元相连接,将选择的待放大信号进 行放大,从而提供给测量单元对其阵元性能(包括但不仅限于相位、幅度)进行测量。
[0037] 下面结合具体实施例对本发明所述多波束测深仪接收换能器性能检测装置的各 个单元进行详细说明。在本实施例中,Μ设定为80,N设定为2,即多波束接收换能器采用80路 阵元,选通单元每次选择两路阵元作为一次待放大信号传输给运放单元进行放大,对应的 运放单元也有两路。
[0038] 在具体实施过程中,多波束接收换能器的阵元数可W根据实际情况而定,且选通 单元可W根据用户需要选择合适数目的阵元数据进行放大,并不仅仅局限于实施例中所述 的两路阵元,也可W根据需要设置为是Ξ路或四路,当然,运时对应的选通单元中的模拟开 关数目W及运放单元数据也要相应增加,例如,用户可W根据多波束接收换能器的阵元数 目W及一次待放大信号分配匹配的模拟开关数目,并通过每个模拟开关之间的组合完成一 次待放大信号的输出,其中,运放单元的数目需要与一次待放大信号的数目一致。
[0039] 如图2所示,供电单元采用了两片电源忍片,一个为RC1117S33T忍片,该忍片为美 国仙童公司生产的线性稳压器,具有低压差精密稳压性能,在运里能够提供稳定的3V电源 供处理器、增益控制单元、串口通讯单元和选通单元使用。
[0040] 另一个电源忍片为ADR433,作为增益控制单元的外部基准源,其初始精度为 0.05%、噪声为3.75μνΡ-Ρ和溫度系数为1 X 10-6/°C,都直接决定了增益控制单元输出的精 度良好。
[0041] 由于串口通讯单元与处理器的UART使用的是不同的电压标准,所W两者间通过电 压转换忍片SP3223E相连。
[0042] 本发明采用的处理器是C8051F340,其是Sihcon公司生产的混合信号片上系统型 单片机。因为本发明外部有80路阵元信号,所W选通单元较多,为了控制运些选通单元W及 增益控制单元等,处理器的I/O引脚需要比较多,另外因为用到了UART和SP
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