一种新型单波束测深仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型单波束测深仪，该测深仪具有精度高、性能好、可靠性高、便于操作等特点。
【背景技术】
[0002]随着海洋事业的快速发展，人们对于海洋生物、海洋资源、海洋环境的探测和研宄在不断深入，其中测深仪器在人类海洋活动中扮演着越来越重要的角色，在与海洋相关的诸多领域也得到了广泛的应用，逐渐成为了海洋探测和开发的基础。在渔业捕捞、水文勘测等应用场合，测深性能好、拓展端口多样、价格适中、使用方便的单波束测深仪便成了使用最为广泛的海洋测深设备，海域的测深对船舰的航行也具有重要意义。
[0003]目前，市场上主流的单波束测深设备存在着最小可测深度较深(大于等于0.5m)、测量精度较低(大于等于0.2%)、外接设备种类少、数据导出端口单一等缺点。
【发明内容】
[0004]针对上述单波束测深仪存在的不足，本实用新型要解决的技术问题主要包括:
[0005]1.对0.15?300m深度内的水体进行高档精度测量(精度为0.1%)；
[0006]2.设置数据输入端口将GPS终端、深度计等水文测量设备的数据导入测深仪，与深度数据结合以后在显示屏上显示并存储；
[0007]3.设置数据输出端口将深度测量数据及其他水文测量设备的测量数据导出。
[0008]单波束测深仪的工作原理是基于声音在特定的海域里传播速度恒定的理论上提出的，它是利用换能器将发射装置的电信号转换为声信号向海底发射声波脉冲，当声波传播到海底后发生反射，接收换能器接收回波信号，根据换能器发射与接收脉冲信号的时间差?，即可计算得到换能器与水底的距离。工作原理示意图如图1所示，其中Α、B为发射、接收换能器，分别安装于船底，两换能器之间的间隔为S，M为AB中点，发射面到海底的垂直距离为九发射面与水面之间的距离为D，水深为H，由图1则可以求得O点的水深为:
[0009]H=D+h=D+ (AO2-AM2) 1/2
[0010]为了节约资源，本发明的换能器设计为收发合置，则只需要知道声波在水中的传播时间?，即可得出水域的实际水深为:
[0011]H=D+(ct/2)
[0012]其中c为声波在该水域的传播速度。
[0013]本实用新型的目的采用下述的技术方案来实现:
[0014]一种新型单波束测深仪，其特征在于:所述测深仪包含:
[0015]换能器，将发射装置的电信号转换为声信号向海底发射声波脉冲，并将该声波传播到海底后发生反射的回波信号输入给接收装置进行处理；
[0016]发射装置，用于将用户设置的测量参数转化为固定脉冲频率、脉冲宽度、脉冲幅值、发射间隔的电信号输出到所述换能器的发射端，以驱动换能器产生与所述电信号匹配的声信号发射出去；
[0017]接收装置，用于在所述换能器结束发射过程开始信号接收过程以后，将该换能器输出的接收电信号进行数据放大、滤波以后输入到包络检波电路中进行检波，当输入的电信号大于检波电路的检波阈值后，接收装置就向微控制器输入一个接收脉冲；
[0018]微控制器，用于采集深度测量参数的设定值后产生发射控制信号，控制所述发射装置产生固定脉冲频率、脉冲宽度、脉冲幅值、发射间隔的电信号输出到所述换能器的发射端，以驱动该换能器产生与所述电信号匹配的声信号发射出去，同时，将所述接收装置放大、滤波以后的换能器接收数据采集以后进行处理，计算得出测深数据，最后，还要将GPS终端、深度计等水文测量设备输出的测量数据和测深数据进行采集并处理以后通过显示装置数据输出端输出至显示屏上进行数据显示；
[0019]显示装置，用于将所述微控制器输出的测深数据、水文测量设备输出数据在显示屏上进行数据及图像显示；同时，还要将警报深度、测深范围等用户关注度较高的测量参数的设定值在显示屏上进行显示；
[0020]外部存储设备，用于完成测深数据的存储；
[0021]电源转换装置，用于实现电源的转换，将直流或者交流的输入电压转换为所述测深仪各组成部分所需直流电源电压。由于用户进行测深作业时所处的环境不同，能够提供的供电模式也不尽相同，所以在本发明新型单波束测深仪的电源转换装置上设置了直流输入和交流输入两种模式，其中交流输入的电压范围为220±10%V，频率范围为50±6%Hz ;直流输入的范围为10?36V。选择较宽的电压范围，能够使本发明的新型单波束测深仪能够在各种供电模式下进行可靠地测深作业。
[0022]所述的换能器由一个独立的陶瓷片(I)构成，由该陶瓷片(I)引出两根引出电缆
(2)，这两根引出电缆(2)同时与所述发射装置的输出端和所述接收装置的输入端连接。由于该换能器采用了收发合置模式，所以有两根引出电缆分别连接到发射装置的输出端和接收装置的输入端，当发射装置工作时微控制器控制接收装置停止工作；当发射装置停止工作时，微控制器控制接收装置开始工作。
[0023]所述的发射装置包含有一个MOS管驱动器，用以驱动后端由MOS管组成的开关电路，该开关电路的输出端与变压器初级电路相连，通过设定变压器初级电路和次级电路绕线匝数的比值来确定变压器次级输出电压的幅值，以求通过输出较大的电压幅值来提高所述发射装置的发射功率；所述发射装置还包含有一个阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路与所述的变压器次级电路输出端相连，由于换能器存在自由电容，所以对于发射装置而言换能器不能等效成一个纯阻抗负载，如果将发射装置的电脉冲直接输入到换能器上，则会有一部分电功率浪费在换能器的非阻抗组成部分上，而不能转化为声功率发射出去。为了减小这部分电功率的浪费，需要在变压器次级输出端与换能器之间设计阻抗匹配电路，通过阻抗匹配使得对于发射装置而言，换能器和阻抗匹配电路可以被视为纯阻抗负载，这样将极大地提高发射装置的效率。
[0024]所述的接收装置包含一级固定增益电路，二级可调增益电路，带通滤波电路和包络检波电路，所述的一级固定增益电路设置在换能器的输出端，对所述换能器在完成接收过程后输出的电信号进行一级放大，经过一级放大以后的电信号输入到所述的带通滤波器中，由该带通滤波器来抑制滤波频带以外的噪声信号，然后将该带通滤波器的输出电信号输入到所述的二级可调增益电路，通过调节该二级可调增益的数值来保证不同的水域测量深度下回波信号的等幅输出，经过该二级可调增益电路放大后的电信号通过所述的包络检波电路提取出包络电信号。当该包络电信号的最大值大于设定阈值的时候，即会向微控制器发送接收信号，驱动微控制器开始计算本次测深作业的测量深度。
[0025]本实用新型提供的新型单波束测深仪，具有精度高、性能好、可靠性高、便于操作等特点，其最小可测深度约为0.15m，测量精度为0.1%，同时设置有多种水文测量设备的数据导入端口以及数据导出端口，这样用户就可以将测深数据导出以后在计算机上对数据进行后续的分析和处理。本实用新型不但解决了浅水高精度水文测量的难题，还为多种水文测量设备的数据融合提供了平台，最后还为客户对数据的后续处理和分析要求提供了方便。
[0026]为了减小换能器的体积、方便用户的安装和使用，本实用新型中换能器设计为收发合置模式，即其既可以将发射装置输出的电信号转化为声信号发射出去，也可以将接受到的声信号转化为电信号输入到接收装置输入端。为了便于安装于船体或者其他载体，可在换能器上与船体或者其他载体连接位置设置便于在船体或者其他载体上安装的螺纹连接端。为了减小换能器发射时引起的振动，还可在所述的换能器与船体或者其他载体连接处设置耐海水腐蚀的黄铜和优质橡胶制成的垫片，该垫片的厚度及外径需要根据换能器安装的位置及工作环境而设计。
【附图说明】
[0027]图1是单波束测深仪工作原理示意图；
[0028]图2是本实用新型实施例测深仪结构框图；
[0029]图3是本实用新型实施例换能器结构示意图；
[0030]图4是本实用新型实施例发射装置结构原理框图；
[0031]图5是本实用新型实施例MOS管功率放大电路图；
[0032]图6是本实用新型实施例接收装置结构原理框图；
[0033]图7是本实用新型实施例一级固定增益电路图；
[0034]图8是本实用新型实施例包络检波电路图。
【具体实施方式】
[0035]为使公众进一步了解本实用新型所采用之技术、手段及其有益效果，特举实施例并配合附图详细说明如下，相信当可由之得以深入而具体的了解。
[0036]本实用新型所提供的新型单波束测深仪结构框图如图2所示，其主要包含换能器、