一种水运航道检测装置的制作方法

本实用新型涉及航道检测领域，具体涉及一种水运航道检测装置。

背景技术：

随着水运业的快速发展，水上交通运输繁忙，船舶搁浅等水上交通事故频繁发生。当吃水深度较大的船舶经过较浅险的河段时，一旦发生搁浅就会严重阻碍其它船舶的水上运输。传统的河水深度检测方法检测效率较低，测量精度较差，降低了水上管理部门对水上交通的治理效率。因此迫切需要一种新型的河水深度检测系统，能够自动检测水深度，提高测量精度，帮助水运业管理部门进行水上交通的有效管理。

现阶段的工业测深仪多为双通道测深仪，若利用市售的双通道测深仪来搭建多通道河水深度检测系统，多个测深仪同时工作时，各声呐探头之间的回波干扰现象严重，致使测深仪中不能进行精确的距离计算，导致测距失败。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为解决上述不足，提供一种水运航道检测装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种水运航道检测装置，包括壳体，壳体前表面设置有显示屏，显示屏右侧设置有电缆连接头，壳体左侧设置有散热孔，壳体内部设置有检测系统，检测系统包括上位机、控制单元和声呐信号发射与接收单元，上位机将控制信号发送给控制单元，控制单元将回波信号发送给上位机，上位机发射声呐信号，声呐信号发射与接收单元发送回波信号，声呐信号发射与接收单元包括八路相同的信号调理电路。

每一路信号调理电路包括发射电路、收发转换电路和接收电路，发射电路连接收发转换电路，收发转换电路连接声呐换能器，收发转换电路连接接收电路。

发射电路包括功率放大电路。

接收电路包括功率放大电路、滤波电路和放大电路，放大电路连接滤波电路，滤波电路连接放大电路。

本实用新型具有如下有益的效果：

本实用新型设计合理，使用方便，设计有功率放大电路和滤波电路，能有效减少回波干扰，使得测距准确，有很好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的外部整体结构示意图；

图2为本实用新型的内部结构图；

图3为本实用新型的信号调理电路图；

图4为本实用新型的功率放大电路图；

图5为本实用新型的收发转换电路；

图6为本实用新型的滤波电路；

图7为本实用新型的放大电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

如图1和图2所示，一种水运航道检测装置，包括壳体5，壳体前表面设置有显示屏8，显示屏右侧设置有电缆连接头7，壳体左侧设置有散热孔6，壳体内部设置有检测系统，检测系统包括上位机1、控制单元2和声呐信号发射与接收单元3，上位机1将控制信号发送给控制单元2，控制单元2将回波信号发送给上位机1，上位机1发射声呐信号，声呐信号发射与接收单元3发送回波信号，声呐信号发射与接收单元3包括八路相同的信号调理电路4。

每一路信号调理电路包括发射电路9、收发转换电路10和接收电路12，发射电路9连接收发转换电路10，收发转换电路10连接声呐换能器11，收发转换电路10连接接收电路12。

发射电路包括功率放大电路13。

接收电路包括功率放大电路14、滤波电路15和放大电路16，放大电路14连接滤波电路15，滤波电路15连接放大电路16。

主要用于对声呐信号以及回波信号进行功率放大等处理。八路信号调理电路与NI sbRIO嵌入式计算机上的八路数字输出I/O引脚以及八路模拟输入I/O引脚是一一对应的，其中NI sbRIO嵌入式计算机上的八路数字输出I/O引脚用于实现八路声呐信号的分时发射，八路模拟输入I/O引脚用于对八路回波信号进行分时采集。

工作原理：八通道检测系统开始工作时，利用上位机中的声呐信号分时发射算法，驱动NI sbRIO嵌入式计算机上的八路数字I/O引脚循环产生 200KHz的方波信号，对应声呐检测通道中的电路接收该方波信号，并对其进行功率放大等处理，最后将处理后的方波信号驱动声呐探头向外发射超声波探测信号。当超声波探测信号在测量水域中检测到水底部阻碍时，探测信号在船舶底部发生反射，产生回波信号，该回波信号被对应声呐检测通道中的声呐探头接收。由于刚被接收的回波信号能量微弱且夹杂噪声，因此需要经信号调理电路对回波信号进行滤波放大等处理。通过NI sbRIO嵌入式计算机上的模拟信号接收引脚对处理后的回波信号进行模拟采样，最终NI sbRIO嵌入式计算机根据一次回波信号出现的时刻，采用渡越时间算法，计算得出距离值。

如图3所示，声呐信号发射与接收调理电路主要由三部分组成：发射电路由功率放大电路组成，用于增大声呐信号的发射功率，以驱动声呐探头向外发射超声波探测信号；信号接收电路由信号放大电路，滤波电路以及对数放大电路组成，主要用于对回波信号进行滤波放大等处理；对数放大电路用于提取高频回波信号的包络并对该包络信号进行放大处理，便于对回波信号进行进一步的处理。

如图4所示，电路中的输入信号为200KHz的方波信号，通过NTP18N06场效应管的开关特性以及EE19变压器的阻抗匹配特性实现了对方波信号的功率放大作用。当电路中无脉冲信号输入时，功率放大电路处于截止状态，电路中能量消耗较小。为降低电路对供电电源的功率要求，在电路中添加平滑滤波电容，当电路中无信号输入时，电路处于截止状态，能量消耗较小，此时电源可对电容进行充电，将电能储存在电容中；当电路有200KHz的方波信号输入时，方波信号中的高频分量较大，电容对方波信号的阻抗相对较小，此时可通过电容中储存的电能对电路补充一定的能量。

如图5所示，收发一体式声呐探头发射探测信号与接收回波信号是顺序进行的。发射电路工作时，大功率声呐信号进入收发转换电路中，此时电路中的两路反向并联的二极管D1D2、D3D4相当于短路，声呐信号在驱动声呐探头向外发射探测信号后直接与地发生短接。由于接收电路被嵌位在0.7V，得到了有效的保护。换能器停止发射后，等待并接收回波信号，由于被障碍物反射回的回波信号能量极其微弱，不能直接通过二极管回路，因此，此时D1D2、D3D4回路相当于断路，回波信号全部进入接收回路中。通过以上过程，收发转换电路完成对发射电路与接收电路的有效隔离。

如图6所示，滤波电路由两级有源带通滤波器级联构成，在进行滤波电路设计时，将电路中输入位置的R1、R2的电阻取值为3.3K，反馈电阻R3取值为30k，电容C的取值为100p，由中心频率cf的计算公式可得，本滤波电路中单级滤波电路的中心频率cf为226.21KHz，单级电路的电压最大增益值为4.55倍，带宽约为106.1KHz。

如图7所示，在AD8310对数放大电路之后加入LM358中的单运算放大芯片，对回波信号幅值进行后级放大处理。调整LM358放大电路中的反馈电阻 R9的值，可以改变放大电路的增益值，改变输出信号的幅值大小，便于后期对回波信号其进行处理分析。