专利名称:水文缆道无线超声波测深仪的制作方法
本实用新型是一种水文缆道无线超声波测深仪。
它属于水文测量领域。
现有水文测量信号传输使用的所谓“无线测流”法，其实是有线传输；而以窄脉冲基带传输水下超声波测量信号，其缺点是易受外界影响，发生测量误差；水下超声波测深和流速仪测速都需人工控制切换。
针对上述缺点，特提出本实用新型图1是本实用新型结构框图图1上为水下超声波测深装置，图1下为岸上接收显示装置。兹分述如下水下超声波测深装置是由流速仪信号产生电路〔1〕，调制门〔2〕，载波振荡器〔3〕，高频放大器〔4〕，超声波脉冲形成电路〔5〕，超声振荡器〔6〕，键控调制门〔7〕，超声功率放大器〔8〕，时控衰减器〔9〕，超声波接收放大器〔10〕整形捡波电路〔11〕，窄－宽脉冲转换电路〔12〕，压电换能器〔13〕和流速仪〔14〕所组成。
岸上接收显示装置是由磁性天线接收回路〔15〕，选频放大器〔16〕，整形捡波电路〔17〕，音频放大器〔18〕，喇叭〔19〕超声波脉冲分离电路〔20〕，起始脉冲识别电路〔21〕，回波脉冲识别电路〔22〕，主控双稳〔23〕，闭锁双稳〔24〕，延时清零电路〔25〕，时标振荡器〔26〕，主控门〔27〕和计数显示器〔28〕所组成。
本实用新型优点如下
1.用本法传输的高频载波测量信号，不受使用环境和天气的影响，工作可靠。
2.缆道工作钢索、绞车都可良好接地，对于缆道架设和维护对于防雷和设备安全用电有利。
3.接收显示装置采用磁性天线，移动使用方便。
4.超声波测深装置采用宽脉冲方式传输信号，增强了抗干扰能力。
5.自动延时衰减器可抑制近区水声噪音干扰，增强了抗干扰能力。
6.测深和测速可同时进行，毋需人工控制切换，使用方便。
图2、图3分别是上述二个装置的实施例。图中所示与非门(YF)，或非门(HF)，双D触发器和四双向模拟开关的型号分别为C036、C039、C043和C544。均采用CMOS集成电路。
水下超声波测深装置如图2所示〔1〕为流速仪信号产生电路，〔14〕为流速仪触点。当流速仪触点闭合，YF17输出高电位，使YF16、YF13组成的800HZ音频振荡器起振，产生流速仪音频信号。当流速仪触点断开，YF17输出低电位，振荡器停振；同时YF9输出高电位，经控制线〔30〕至超声波脉冲形成电路〔5〕，使其在无流速仪信号时工作。由〔1〕输出的800HZ流速仪信号和窄－宽脉冲转换电路〔12〕输出的超声波测深信号，分时加到调制门〔2〕的输入端，将载波振荡器〔3〕产生的290KHZ载波调制后，经放大器〔4〕放大，由高频匹配变压器B2输出到作为天线的钢索，向空中发射。
超声波脉冲形成电路〔5〕中，由YF1、YF2、YF3、R1和C1组成周期为1秒的环形振荡器，在控制线〔30〕为高电位时(无流速仪信号)起振。YF4输出端产生的周期为1秒、宽为10毫秒的超声波发射起始脉冲，经由窄－宽脉冲变换电路〔12〕和信号线〔31〕送至调制门〔2〕。同时在10毫秒起始脉冲后沿，由YF6输出一个宽为0.2毫秒的超声波发射脉冲至键控调制门〔7〕调制由超声振荡器〔6〕产生的200KHZ超声波测深发射信号，经由超声波功率放大器〔8〕放大后，由匹配变压器B1输出至超声波换能器〔13〕。其中收发开关〔29〕是由两只开关二极管反向并联组成，用以减小功率放大器〔8〕对于超声波换能器〔13〕回波信号的损耗。
超声波接收放大器〔10〕是一个200KHZ的宽带放大器，回波信号经放大后，由整形捡波电路〔11〕变为回波脉冲，再经YF12输出至窄－宽脉冲转换电路〔12〕，转换成宽脉冲，再输出至调制门〔2〕。
时控衰减器〔9〕是由双向模拟开关K1、K2和延时电路组成，用以提高超声波回波信噪比。窄－宽脉冲转换电路〔12〕通过同步线〔32〕对延时电路施加控制，使发射脉冲从产生前到结束后的1毫秒时间内，K1、K2都导通，由R29～R33组成的衰减网络在最大衰减状态。1毫秒后(相当于水深0.74米)K1关断，衰减量减少一级；又经1毫秒后(相当于水深1.48米)K2关断，衰减量又减少一级，起到自动控制放大器增益的作用。〔33〕是电源稳压电路。
岸上接收显示装置如图3所示。
水下测深和测速信号，经过磁性天线接收回路〔15〕选频后，送至由BG1～BG4和阻容元件组成的增益可变四级选频放大器〔16〕放大，再经由YF1～YF3、D3、C17和R19组成的整形捡波电路〔17〕进行幅度鉴别、整形并捡出800HZ的测速音频和测深脉冲信号。其中音频信号经放大器〔18〕放大后，推动喇叭〔19〕发出测速音响。
由整形捡波电路〔17〕来的信号，经过测深脉冲分离电路〔20〕分离后，流速音频信号被阻，10毫秒的测深起始脉冲和回波脉冲得到可靠的分离，并由YF5输出。时标振荡器〔26〕输出74KHZ的时标脉冲。主控门〔27〕的输出，接至计数显示器〔28〕的计数输入端。主控双稳〔23〕Q端为高电位时，主控门〔27〕打开，时标振荡器〔26〕所产生的时标脉冲，送至〔28〕计数；主控双稳〔23〕Q端为低电位时，主控门〔27〕关闭，计数器停止计数。在复位状态时，主控双稳〔23〕Q端、闭锁双稳〔24〕Q端均为低电位，〔23〕
Q端为高电位，YF7输出低电位，起始脉冲识别电路〔21〕打开；此时如收到超声波测深信号，脉冲分离电路〔20〕有输出，10毫秒宽的起始脉冲为识别电路〔21〕所识别，在10毫秒后沿产生一个开门脉冲加至主控双稳〔23〕的S端，使双稳置位；〔23〕Q端为高电位，打开主控门〔27〕计数器〔28〕开始计数，〔23〕
Q端相应为低电位，YF7则输出高电位，起始脉冲识别电路〔21〕被封锁，回波脉冲识别电路〔22〕打开。当回波脉冲经〔20〕输出时，其后沿经〔22〕产生一个关门脉冲并加至主控双稳〔23〕CL端，使其翻转，Q端则变为低电位，主控门〔27〕关闭，计数器停止计数。〔23〕
Q端相应为高电位，闭锁双稳〔24〕计数翻转，〔24〕Q端、〔23〕R端均为高电位，则使〔23〕闭锁，不再受输入信号的影响而翻转。此时计数显示器〔28〕所显示的即为所测水深值。显示1～10秒后，延时清零电路〔25〕产生一个窄脉冲至〔24〕R端和〔28〕的清零端，使闭锁双稳〔24〕、主控双稳〔23〕复位，计数器清零，等待下次的测深计数显示。显示延时时间可由W5调节，也可手动清零。回波信号如收不到，计数器的溢出信号，使闭锁双稳〔24〕置位，处于闭锁状态。〔34〕为电源稳压电路。
权利要求
1.水文缆道无线超声波测深仪，是由水下超声波测深装置和岸上接收显示装置组成水下超声波测深装置是由流速仪信号产生电路[1]，调制门[2]，载波振荡器[3]，高频功率放大器[4]，超声波脉冲形成电路[5]，窄一宽脉冲转换电路[12]，超声波振荡器[6]，键控调制门[7]，超声波功率放大器[8]，压电超声换能器[13]，延时衰减器[9]，超声波回波接收放大器[10]，整形捡波电路[11]，以及电源稳压电路[33]组成；岸上接收显示装置是由磁性天线接收回路[15]，选频放大器[16]，整形捡波电路[17]，音频放大器[18]，超声脉冲分离电路[20]，起始脉冲识别电路[21]，回波脉冲识别电路[22]，主控双稳[23]，闭锁双稳[24]，延时清零电路[25]时标振荡器[26]，主控门[27]，计数显示器[28]，电源稳压电路[34]组成。其特征是(a)流速仪信号产生电路[1]与调制门[2]相接，超声波窄-宽脉冲转换电路[12]也与调制门[2]相接；(b)高频功率放大器[4]输出端接至缆道工作钢索；(c)流速仪信号产生电路[1]经由控制线[30]与超声波脉冲形成电路[5]相接；(d)超声波回波整形捡波电路[11]与窄-宽脉冲转换电路[12]相接；(e)超声波功率放大器[8]输出端接至换能器[13]，[13]与超声波回波接收放大器[10]输入端相接；(f)磁性天线接收回路[15]与选频放大器[16]输入端相接，整形捡波电路[17]分别接至音频放大器[18]和超声波脉冲分离电路[20]；(g)主控门[27]输出端接至计数显示器[28]。
2.根据权利要求
1.所述的超声波回波接收放大器〔10〕，其特征是前端还有一个时控衰减器〔9〕。
3.根据权利要求
2.所述的时控衰减器〔9〕，其特征是包括两个双向模拟开关及与同步线〔32〕相接的延时电路。
专利摘要
一种属于水文测量仪器，用于水文缆道测量流量的无线超声波测深仪。它是由水下超声波工作装置和岸上接收显示装置组成。其主要特征是采用无线方法，以高频载波传输超声波测深和流速仪测速信号，缆道不必绝缘，信号传输可靠。水下部分超声波回波接收放大器前端设置时控衰减器，提高回波信号信噪比；将超声波发射和回波的窄脉冲转换成宽脉冲信号，加强了抗干扰能力，提高测量成果精度。测深、测速可同时进行，毋需人工控制转换。
文档编号G01V9/00GK86208853SQ86208853
公开日1987年10月28日 申请日期1986年11月8日
发明者杨子成, 李刚峰, 李嘉宏, 刘咏晓, 刘瑞臻 申请人:山东省水文总站导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan