专利名称：水文综合测量探测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水文综合测量探测装置，特别涉及可用于各种江河和渡场的工程侦察，获取地形、江河水深、流速、河床断面探测装置。
背景技术：
人类在争取生存和改善生活的实践中，逐渐认识到水的重要性。在传统的原始观测和定性描述不能满足社会发展的情况下，促进了水文研究领域的发展。随着水文研究的深入不断的涌现出各种水文测量设备，为水文测量与研究提供了必要的条件，推动了水文科学的进步。传统的水文测量探测装置是运用实地观测，运用水位观测中的传统水尺和曲线模拟等自记水位计的观测方法，采用穿孔纸带和磁带记录方法。应用电子编码技术和固体电路贮存数据，经过通讯系统自动可把水深，流速，河床底层等数据通过有线或无线传输至远程异地控制平台，进行资料汇总、整理、分析，为水文现象的定量研究和科学实验提供了必要条件。然而水文现象复杂多变，传统的水文测量探测装置局限于体形过于庞大，耗时长， 费用过高，功能单一，发生故障难以排除，随着生产生活的需要传统的水文测量探测装置已不适应于社会飞速发展的要求。
发明内容本实用新型就是鉴于上述问题而完成的，其目的是在于提供一种水文综合测量探测装置，该装置作为一种水文测量工具，既能应用于军事侦查又能应用于民事测量，通过辅助器材的组装配合，利用其小巧轻便，便于携带的特点，灵活机动的应用于水文测量作业中，有效提高水文作业的工作效率。一种水文综合测量探测装置，其特征在于包括数据处理模块；电子罗盘；相控阵换能器阵列；收发转换模块；相控发射模块；相控接收模块；数据采集模块；和所述数据传输模块；其中，数据处理模块经由总线与其它模块连接。通过数据总线与其他各模块相连接以对上述其他各模块的工作状态进行控制并收集上述其他各模块的数据的、采用微处理器的数据处理模块；获得测量设备的当前姿态数据并传递给上述数据处理模块的电子罗盘；相控阵换能器阵列；能够通过时序控制转换为接收的收发转换模块；经由上述收发转换模块并利用上述相控阵换能器阵列向测量目标发射超声波的上述相控发射模块；用于上述收发转换模块接收返回波的相控接收模块；用于收集接收到的返回波的、并在收集后发送至上述数据处理模块的数据采集模块；和将由上述数据处理模块进行了处理后的数据传送至外部操作控制装置中进行计算和显示的上述数据传输模块。根据本实用新型的水文综合测量探测装置，其中，上述数据处理模块采用TI的 TMS320C6000 系列 DSP 芯片。本水文综合测量探测装置主要利用相控阵声纳测深、水声多普勒测速，并利用嵌入式软硬件技术和高速DSP信号处理等技术，实现对水深、流速、河幅、坡度、位置信息的快速测量。此外，运用系统集成技术对测量数据进行实时综合分析处理，自动绘制河床断面图，形成完整的水文信息数据报告。本实用新型的水文综合测量探测装置是基于传统的水文测量探测装置而设计出的可自由拆装，功能齐全，便于携带的水文综合测量工具，其通过辅助器材的组装配合而形成的水文综合测量探测装置，利用相控阵声纳测深、水声多普勒测速及嵌入式软硬件技术和高速DSP信号处理等技术，实现对水深、流速信息的快速测量，运用系统集成技术对测量数据进行实时综合分析处理，直接剖析河床底层，自动绘制河床断面图，完成图象显示，形成完整的水文信息数据报告。对数据的存贮、检索、处理和分配十分方便。有效的节省了水文预报和计算的中转时间，为提高水文资料的精度，增长水文预报的有效预见期创造了条件。该实用新型的出现为海洋和湖泊测绘带来一次技术革命，为江河、水库、湖泊、海洋水下地形测绘，提防护岸，港口、大坝监测，海底电缆、管线、隧道以及沉船、水下物体打捞搜寻等方面具有广阔的应用前景。
图1为表示本实用新型的水文综合测量探测装置的组成框图。图2为表示本实用新型水文综合测量探测装置的前视图。图3为表示本实用新型的水文综合测量探测装置的侧视图。图4为表示本实用新型的水文综合测量探测装置的整体结构图。图5为表示本实用新型的水文综合测量探测装置的相控发射模块的组成框图。图6为表示本实用新型的水文综合测量探测装置的相控接收模块的组成框图。附图标记说明1-相控阵换能器阵列；2-收发转换模块；3-相控发射模块；4-数据处理模块； 5-电子罗盘；6-数据传输模块；7-相控接收模块；8-数据采集模块；9-电池；10-信号发生器；11-光电隔离装置；12-信号驱动器；13-开关功放装置；14-输出变压器；15-选频/ 匹配器；16-收发转换器；17-相控阵换能器阵列；18-脉宽控制器列；19-多路回波信号； 20-前置放大器；21-自动增益控制装置；22-滤波电路；23-电源开关；24-12芯外部操作控制装置通讯/充电插座；25-声学换能器；26-挂耳。
具体实施方式
以下，参照附图对本实用新型一种水文综合测量探测装置的实施方式进行说明。图1为表示本实用新型一种水文综合测量探测装置的组成框图。本实用新型一种水文综合测量探测装置由相控阵换能器阵列1、收发转换模块2、 相控发射模块3、相控接收模块7、数据采集模块8、数据处理模块4、数据传输模块6、电子罗盘5和电池9等组成。其中，数据处理模块4作为核心部件用于控制各模块的工作状态并收集各模块的数据。数据处理模块4通过数据总线与各模块相连接。数据处理模块4经由电子罗盘经5 获得测量设备的当前姿态数据；数据处理模块4经由相控发射模块3发射电波；相控发射模块3经由与之相连接的收发转换模块2，利用相控阵换能器阵列1向测量目标发射超声波；再通过时序控制收发转换模块2在发射后转换为接收并经由相控接受模块7接收返回波；将接收到的返回波通过数据采集模块8收集后发送至数据处理模块4 ；数据处理模块 4将收集后的数据滤波整理后经由数据传输模块6传送至水上的操作控制装置中进行计算和显示。电池9为测量探测提供工作时的电力。本测量探测装置主要利用超声波相控阵技术来实现完成水流速和水深的测量。图2、3、4分别为表示本实用新型的水文综合测量探测装置的正视图、侧视图和外观图。数据采集模块8采用AD公司的高速A/D设计了一个8通道14位A/D转换电路， 能够高速、实时采集数据。数据处理模块4采用TI的TMS320C6000系列DSP芯片，其内核采用超长指令字 (VLIff)体系结构，有8个功能单元、23个13bit通用寄存器。一个时钟周期同时执行8条指令，运算能力可达到4800MIPS (每秒百万条指令)，支持8/16/184bit的数据类型。由于采用了新型芯片制造工艺，I/O电压为14V，内核电压仅为1. 2V。当时钟频率为600MHz时， DSP的最大功耗小于1. 6W。数据传输模块6完成本测量探测装置和操作控制装置的数据通信，针对作业环境以及可能采用不同类型的测量载体，设计了有线与无线两种传输方式。在有线传输受限的情况下，可以通过无线进行数据传输。针对本测量探测装置的作业环境要求，整体造型采用了简洁的流线型。本测量探测装置的充电器使用llV、50Hz交流电源。充电步骤将本测量探测装置的12芯外部操作控制装置通讯/充电插座M与本测量探测装置的充电器的12芯充电插头连接，连接时插头和插座的红色定位点应对正，连接完成后接通充电器电源，充电器电源指示灯LEDl为红色，充电器充电指示灯LED2为浅红色。充电数小时后，当充电指示灯LED2变为绿色时，表示电池已充满。本测量探测装置与操作控制装置的连接本测量探测装置与操作控制装置的连接包括有线连接和无线连接两种方式，推荐使用有线连接方式。有线连接方式用通讯电缆连接操作控制装置和本测量探测装置，通讯电缆的9芯插头连接操作控制装置的9芯测量探测装置通讯插座，通讯电缆的12芯插头连接本测量探测装置的12 芯外部操作控制装置通讯/充电插座对，连接时插头和插座的红色定位点应对正，连接完成。无线连接方式，将无线传输组件与本测量探测装置的12芯外部操作控制装置通讯/充电插座M连接，系统即进入无线连接方式。图5为表示本实用新型的水文综合测量探测装置的相控发射模块3的组成框图。本实用新型一种水文综合测量探测装置的相控发射模块3包括信号发生器10、光电隔离装置11、信号驱动器12、开关功放装置13、输出变压器14、选频/匹配器15、收发转换器16、相控阵换能阵列17。超声相控阵技术是通过控制换能器阵列中的各阵元的激励(或接收)脉冲的延迟时间，改变由各阵元发射(或接收)超声波到达(或来自)物体内某点的相位关系，达到波束聚焦和偏转的效果。相控阵换能器阵列中有近千个换能器按半波长间隔均勻布放在一个圆形平面内，利用相控阵换能器阵列17所产生的栅瓣的条件对所有换能器进行分组，以相控阵换能器阵列17中心的那一组为基准组，将每一组中相对位置相同的换能器与基准组中的相对换能器进行并联，形成多路换能器，通过对多路换能器组的发射、接收信号的相位和幅度控制，实现4个相控发射波束和接收波束。相控发射模块3接收由发射信号源产生的发射信号并发射包络信号，发射信号包含宽带信号和窄带信号，通过信号转换形成可驱动功放管的发射信号，开关功放装置13工作在开关放大状态，开关功放装置13输出连接输出变压器14，形成发射大功率信号，分别通过选频/匹配网络和二极管将发射大功率信号加到相控换能器阵列17上。图6为表示本实用新型的水文综合测量探测装置的相控接收模块7的组成框图。本实用新型一种水文综合测量探测装置的相控接收模块7包括前置放大器20、自动增益控制装置21、滤波电路22和脉宽控制器列18。相控接收模块7主要完成对回波信号的波束合成。超声相控阵换能器接收到的回波信号一般为毫伏级，无法给高速A/D转换器提供合适的输入信号，在超声相控阵接收系统的前端必须把微弱的回波信号用前置放大器20进行相应的放大，再经脉宽控制器列18 由自动增益控制装置21进行增益补偿后再进行滤波。此后的信号将由数据处理模块4处理。本实用新型的水文综合测量探测装置采用相控阵声纳测深，相控阵声纳测深即多波束测深是一种能够一次给出与航向垂直的剖面内几十个甚至上百个水下测点水深值的测量方法。与传统的单波束测深比较，多波束具有测量范围更广、速度更快、精度更高、记录数字化以及成图自动化等优点，它把测深技术从点、线扩展到面，并进一步发展到立体测深和自动成图，从而把水下地形测量提升到更高的水平，有利人们更直观、客观的研究水下世界。本实用新型的水文综合测量探测装置是基于传统的水文测量探测装置而设计出的可自由拆装，功能齐全，便于携带的水文综合测量工具，其通过辅助器材的组装配合而形成的水文综合测量探测装置，利用相控阵声纳测深、水声多普勒测速及嵌入式软硬件技术和高速DSP信号处理等技术，实现对水深、流速、河床底层信息的快速测量，运用系统集成技术对测量数据进行实时综合分析处理，直接剖析河床底层，把采集到的数据通过有线或无线两种传输方式进行数据传输(在有线传输受限的情况下可以通过无线进行数据传输) 至其辅助装置一种水文综合测量控制装置中，自动绘制河床断面图，完成图象显示，形成完整的水文信息数据报告。有效的节省了水文预报和计算的中转时间，为提高水文资料的精度，增长水文预报的有效预见期创造了条件。
权利要求1.一种水文综合测量探测装置，其特征在于包括数据处理模块；电子罗盘；相控阵换能器阵列；收发转换模块；相控发射模块；相控接收模块；数据采集模块；和所述数据传输模块；其中，数据处理模块经由总线与其它模块连接。
2.根据权利要求1的水文综合测量探测装置，其特征在于所述数据处理模块采用TI 的TMS320C6000系列DSP芯片。
专利摘要本实用新型提供一种水文综合测量探测装置。该水文综合测量探测装置的特征在于，包括由微处理器构成的数据处理模块、相控阵换能器阵列、收发转换模块、相控发射模块、相控接收模块、数据采集模块、数据传输模块和电子罗盘经。本实用新型的水文综合测量探测装置主要利用相控阵声纳测深、水声多普勒测速，并利用嵌入式软硬件技术和高速DSP信号处理等技术，实现对水深、流速、河幅、坡度、位置信息的快速测量。此外，运用系统集成技术对测量数据进行实时综合分析处理，自动绘制河床断面图，形成完整的水文信息数据报告。
文档编号G01C7/00GK202126261SQ201120252069
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者房勇 申请人:北京航天福道高技术股份有限公司