CN105759275B - 一种水准式水下探测定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下搜索定位技术领域，涉及一种水准式水下探测定位装置，包括水上部分‑显示模块及水下部分‑距离测量模块、角度测量模块和支撑模块，距离测量模块为换能器，角度测量模块中倾角仪通过支撑模块中Ⅰ号支架安置于南北方向指针的中央上方，水平刻度盘通过支撑模块中Ⅱ号支架安置于南北方向指针的下方，水平刻度盘上设置有圆水准器，位置锁定装置用于锁定调平后的倾角仪和水平刻度盘；显示模块为通过电缆与换能器和倾角仪电连接的显示屏；支撑模块中底盘上设置有带微倾螺旋的Ⅱ号支架，Ⅱ号支架自下而上依次套接有水平刻度盘和南北方向指针，Ⅱ号支架顶端安装有Ⅰ号支架；该装置结构简单，移动方便，测定效果好，测定效率高，环境友好。

Description

一种水准式水下探测定位装置

技术领域：

本发明属于水下搜索定位技术领域，具体涉及一种水准式水下探测定位装置，利用包括水准器在内的距离和角度测量仪器综合配合，实现对水下物体或结构的搜索定位。

背景技术：

水下探测搜索技术是海洋观测技术的重要内容，也是海洋立体监测网的组成部分，其主要用于水声技术、水下电视和照相技术、潜水器和水下机器人技术等。目前潜水员在水下搜索探测、定位所采用的方法中，一方面是直接采取人工目视的方法进行搜索，并借用钢尺、皮尺等辅助设备进行定位，此种方法由于采用人眼识别因此能见度和准确度都存在局限性，特别是在污浊的水质环境下更是难以进行搜索；另一方面则采用水下视频器、潜水器、水下机器人等大中型高端设备，此类设备不仅结构复杂、体积庞大、成本高昂，而且均存在难以测量角度的技术难题，例如现有技术中的中国专利ZL201520304882.0公开的一种水下探测装置，中国专利ZL201410193989.2公开的一种水下探测器，中国专利ZL201510447965.X公开的一种摆动式水下探测装置及其显示方法，中国专利ZL201520215267.2公开的一种用于浅水探测的同步探测装置等，虽然解决了可直观查看水下情况、提高探测准确度等技术问题，但均无法实现对目标物的角度测量和确定；因此本发明研究设计一种用于水下搜索定位的探测装置，能够在污浊的水质环境下实现对物体的搜索探测，并根据距离和角度的测量计算实现准确定位。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种水准式水下探测定位装置，解决了目前各类水下探测设备不能实现角度测量计算的技术难题。

为了实现上述目的，本发明涉及的水准式水下探测定位装置按功能分为水上部分和水下部分两部分，水上部分为显示模块，水下部分包括距离测量模块、角度测量模块和支撑模块，距离测量模块和角度测量模块通过支撑模块连接固定，显示模块通过电缆分别与距离测量模块和角度测量模块连接；所述距离测量模块主体结构为换能器，其采用单波束超声波测量方法，利用换能器发射单波束超声波至远方，并接收经待测结构物或测点反射回来的超声波，通过计算超声波的传播时间和传播速度得出待测结构物或测点的距离；所述角度测量模块主体结构包括倾角仪、水平刻度盘、圆水准器、南北方向指针和位置锁定装置，倾角仪通过支撑模块中Ⅰ号支架安置于南北方向指针的中央上方，水平刻度盘通过支撑模块中Ⅱ号支架安置于南北方向指针的下方，水平刻度盘上设置有圆水准器用于调平，位置锁定装置用于锁定调平后的倾角仪和水平刻度盘的位置，通过读取水平刻度盘与南北方向指针正北方向的夹角，以及倾角仪与水平方向的夹角得出待测结构物或测点的角度；所述显示模块主体结构为设置在陆地上的显示屏，其通过电缆与换能器和倾角仪电连接，能够显示换能器发射出的超声波经待测结构物或测点反射回来的路径最小值以及倾角仪与水平方向的夹角读数；所述支撑模块主体结构包括Ⅰ号支架、Ⅱ号支架、微倾螺旋和底盘，底盘上设置有三个固定结构的Ⅱ号支架，底盘中央的Ⅱ号支架自下而上依次套接有水平刻度盘和南北方向指针，水平刻度盘通过底盘左右两边的Ⅱ号支架依托，每个Ⅱ号支架上设置有微倾螺旋用于调平，底盘中央的Ⅱ号支架顶端安装有可旋转调节结构的Ⅰ号支架，用于支撑连接换能器和倾角仪。

本发明与现有技术相比，解决了在水浑、光线暗的条件下水下搜寻、定位的难题，通过距离测量模块和角度测量模块的配合以获取待测结构物或测点的距离参数和角度参数，从而准确实现定位探测；不仅能够适用于水下大范围内的物体、结构搜寻，而且对搜寻到的结构物或测点进行距离和角度的定位，准确度、精度较高的同时操作简便、成本节约；该装置结构简单，移动方便，测定效果好，测定效率高，应用环境友好。

附图说明：

图1为本发明涉及的水准式水下探测定位装置的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于以下实施方式。

实施例1：

本实施例所涉及的水准式水下探测定位装置按功能分为水上部分和水下部分两部分，水上部分为显示模块，水下部分包括距离测量模块、角度测量模块和支撑模块，距离测量模块和角度测量模块通过支撑模块连接固定，显示模块通过电缆分别与距离测量模块和角度测量模块连接；所述距离测量模块主体结构为换能器1，其采用单波束超声波测量方法，利用换能器1发射单波束超声波至远方，并接收经待测结构物或测点反射回来的超声波，通过计算超声波的传播时间和传播速度得出待测结构物或测点的距离；所述角度测量模块主体结构包括倾角仪2、水平刻度盘3、圆水准器4、南北方向指针5和位置锁定装置6，倾角仪2通过支撑模块中Ⅰ号支架8安置于南北方向指针5的中央上方，水平刻度盘3通过支撑模块中Ⅱ号支架9安置于南北方向指针5的下方，水平刻度盘3上设置有圆水准器4用于调平，位置锁定装置6用于锁定调平后的倾角仪2和水平刻度盘3的位置，通过读取水平刻度盘3与南北方向指针5正北方向的夹角，以及倾角仪2与水平方向的夹角得出待测结构物或测点的角度；所述显示模块主体结构为设置在陆地上的显示屏7，其通过电缆与换能器1和倾角仪2电连接，能够显示换能器1发射出的超声波经待测结构物或测点反射回来的路径最小值以及倾角仪2与水平方向的夹角读数；所述支撑模块主体结构包括Ⅰ号支架8、Ⅱ号支架9、微倾螺旋10和底盘11，底盘11上设置有三个固定结构的Ⅱ号支架9，底盘11中央的Ⅱ号支架9自下而上依次套接有水平刻度盘3和南北方向指针5，水平刻度盘3通过底盘11左右两边的Ⅱ号支架9依托，每个Ⅱ号支架9上设置有微倾螺旋10用于调平，底盘11中央的Ⅱ号支架9顶端安装有可旋转调节结构的Ⅰ号支架8，用于支撑连接换能器1和倾角仪2。

本实施例中涉及的换能器1为现有技术中的常规换能器，由于换能器发射的单波束超声波存在一定角度即在远处形成一个圆面，非镜面情况下只要在这个圆形面的范围内存在物体或结构，超声波反射回来的路径最小值就会在与之连接的显示屏上显示出来。

实施例2：

本实施例中利用实施例1所述的水准式水下探测定位装置实现水下探测定位的方法具体包括以下步骤：

(1)设备安装：分别检查安装水下探测定位装置的水上部分和水下部分，由潜水员将水下部分带入待测水域中并将底盘11固定安装在水中固定物上，再分别对距离测量模块和角度测量模块中的仪器进行安装、调平和旋转预处理，完成设备的调整与安装。

(2)水下搜索：潜水员通过操纵Ⅰ号支架8旋转以控制换能器1进行搜索，工作人员实时查看显示屏7进行判断，当显示屏7所显示的数值突然变大或变小时，工作人员通知潜水员固定换能器1的位置，然后读取方位的角度参数并结合显示屏7上的距离参数计算出待测结构物或测点的坐标值，通过对计算出的坐标值与理论坐标值相比较以判断是否为被搜索的待测结构物或测点；

(3)水下测距：潜水员将水下探测定位装置的水下部分中换能器1对准待测结构物或测点，工作人员通过观看显示屏7实时向潜水员发出相应指令使其在水下轻微调整换能器1，当显示屏7的数值稳定在一个最小值时，该最小值为待测结构物或测点的距离参数；

(4)角度测量：潜水员通过调整圆水准器4中的气泡居中实现对水平刻度盘3的调平，同时通过南北方向指针5、位置锁定装置6和微倾螺旋10进行辅助测量，然后采用水平刻度盘3读取与正北方向的夹角、采用倾角仪2读取与水平方向的夹角，以完成角度测量得到角度参数；

(5)水下定位：根据步骤(2)中测定的坐标值得出是否为待测结构物或测点，根据步骤(3)中测定的距离参数和步骤(4)中测定的角度参数，再结合水下探测定位装置自身的底盘11的坐标值，按照常规的基础数学运算方法得出待测结构物或测点的准确位置，实现水下待测结构物或测点的探测定位。

本实施例的步骤(2)中换能器1发射的超声波频率为200-2000kHz；步骤(3)中测距误差为±1cm±0.1％；步骤(4)中测角误差为：方位角水平精度为0.05度，仰俯精度为0.005度。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所述内容所作的等效变化，皆应纳入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种水准式水下探测定位装置，主体结构包括水上部分和水下部分两部分，水上部分为显示模块，水下部分包括距离测量模块、角度测量模块和支撑模块，距离测量模块主体结构为换能器，其利用换能器发射单波束超声波至远方，并接收经待测结构物或测点反射回来的超声波，角度测量模块主体结构包括倾角仪、南北方向指针，倾角仪通过支撑模块中Ⅰ号支架安置于南北方向指针的中央上方，显示模块通过电缆与换能器和倾角仪电连接，能够显示换能器发射出的超声波经待测结构物或测点反射回来的路径最小值以及倾角仪与水平方向的夹角读数；所述支撑模块主体结构包括Ⅰ号支架、Ⅱ号支架和底盘，底盘中央的Ⅱ号支架顶端安装有可旋转调节结构的Ⅰ号支架，用于支撑连接换能器和倾角仪；其特征在于距离测量模块和角度测量模块通过支撑模块连接固定，显示模块通过电缆分别与距离测量模块和角度测量模块连接；所述距离测量模块采用单波束超声波测量方法，通过计算超声波的传播时间和传播速度得出待测结构物或测点的距离；所述角度测量模块主体结构还包括水平刻度盘、圆水准器和位置锁定装置，水平刻度盘通过支撑模块中Ⅱ号支架安置于南北方向指针的下方，水平刻度盘上设置有圆水准器用于调平，位置锁定装置用于锁定调平后的倾角仪和水平刻度盘的位置，通过读取水平刻度盘与南北方向指针正北方向的夹角，以及倾角仪与水平方向的夹角得出待测结构物或测点的角度；所述显示模块主体结构为设置在陆地上的显示屏；所述支撑模块主体结构还包括微倾螺旋，底盘上设置有三个固定结构的Ⅱ号支架，底盘中央的Ⅱ号支架自下而上依次套接有水平刻度盘和南北方向指针，水平刻度盘通过底盘左右两边的Ⅱ号支架依托，每个Ⅱ号支架上设置有微倾螺旋用于调平。