CN106483519A - 回声测深仪校准装置 - Google Patents

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Abstract

一种回声测深仪校准装置，包括微控制单元、阻抗匹配单元、信号检出单元及回波发生单元，所述阻抗匹配单元接收并调整一回声测深仪发射的脉冲信号，并根据脉冲信号生成回波信号，所述信号检出单元将发射功率和接收灵敏度的簇信号转换成模拟信号和频率信号，所述回波发生单元根据发射功率和接收灵敏度的簇信号模拟回波间隔生成方波和正弦波，所述微控制单元根据接收到的模拟信号、频率信号及方波/正弦波信号对所述回声测深仪的精度进行测量，并将测试数据上传到一远端服务器。

Description

回声测深仪校准装置
技术领域
本发明涉及一种回声测深仪校准装置。
背景技术
回声测深仪是一种利用声波测距原理探测海底深度的仪器，根据声波类型可分为单频测深仪和双频测深仪，通常包括振荡器、换能器、放大器、显示记录、通信等部分组成。回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备在水运航海领域得到了广泛的应用。其基本工作原理是利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波在水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收，再使用人工或计算机处理接收到的信号，进而确定目标的参数和类型。
回声测深仪设备广泛的应用于航道水深测量、清淤处理等领域，同时也是保证船舶航行安全的重要设备，因此对回声测深仪进行定期的计量校准，保证仪器的工作性能和技术指标就显得十分重要。回声测深仪远程校准装置是一种用于对回声测深仪进行远程校准的设备，可以确保回声测深仪处于受控状态。目前的回声测深仪测试设备大多只能对仪器参数进行测试，无法对其性能进行校准，也无法将数据上传服务器进行计量认证。
发明内容
鉴于以上，有必要提供一种回声测深仪校准装置，可对回声测深仪进行自动测量。
一种回声测深仪校准装置，包括微控制单元、阻抗匹配单元、信号检出单元及回波发生单元，所述阻抗匹配单元接收并调整一回声测深仪发射的脉冲信号，并根据脉冲信号生成回波信号，所述信号检出单元将发射功率和接收灵敏度的簇信号转换成模拟信号和频率信号，所述回波发生单元根据发射功率和接收灵敏度的簇信号模拟回波间隔生成方波和正弦波，所述微控制单元根据接收到的模拟信号、频率信号及方波/正弦波信号对所述回声测深仪的精度进行测量，并将测试数据上传到一远端服务器。
相较于现有技术，本发明回声测深仪校准装置通过所述信号检出单元将发射功率和接收灵敏度的簇信号转换成模拟信号和频率信号，所述回波发生单元根据发射功率和接收灵敏度的簇信号模拟回波间隔生成方波和正弦波，所述微控制单元根据接收到的模拟信号、频率信号及方波/正弦波信号对所述回声测深仪的精度进行测量，并将测试数据上传到远端服务器，实现了对所述回声测深仪进行自动测量。
附图说明
图1是本发明回声测深仪校准装置的系统框图。
图2是图1中微控制单元的电路图。
图3是图1中阻抗匹配单元的电路图。
图4是图1中信号检出单元的系统框图。
图5A、图5B、图5C分别是图4中负载输出电路、频率测量电路及电压采集电路的电路图。
图6A、图6B分别是图1中回波发生单元和串行接口单元的电路图。
具体实施方式
请参照图1，本发明一种回声测深仪校准装置的较佳实施方式包括一微控制单元100、一阻抗匹配单元200、一信号检出单元300、一回波发生单元400、一串行接口单元500、一显示单元600、一存储单元700、一输入单元800及一无线网络单元900。所述回声测深仪校准装置用以对一回声测深仪10的发射参数、接收参数及计量特性进行测量。
请参照图2，所述微控制单元100包括一微控制器U1，所述微控制器U1包括若干地址控制信号端PA4～PA6、一逻辑电平控制信号端PC4、一重置控制信号端PB9、一数据控制信号端PB8、一频率更新控制信号端PB7、一指令时钟控制信号端PB6、一驱动器输入控制信号端PA2、一接收器输出控制信号端PA3、一输出使能控制信号端PA7。其中，所述微控制器U1为意法半导体公司生产的STMF103系列微控制器，所述微控制器U1具有定时器、模数转换器、串行接口及多个通用输入输出接口。所述微控制器U1选用低相噪的有源温补晶振进行驱动，所述有源温补晶振的工作温度为-30~+70摄氏度，精度≤±2每百万单位。
请参照图3，所述阻抗匹配单元200包括一多路开关U6、一模拟开关U9及若干集成运放U3C、U3D、U7A、U7B。所述多路开关U6包括若干地址端A、B、C、若干选择输入端X0～X7及一输出端X。所述模拟开关U9包括一模拟通用端COM、一模拟常开端NO及一逻辑电平输入端IN。每一集成运放U3C、U3D、U7A、U7B分别包括一同向输入端、一反向输入端及一输出端。所述若干地址端A、B、C分别电性连接所述若干地址控制信号端PA4～PA6。所述选择输入端X0经由一电阻R32电性连接所述选择输入端X1。所述选择输入端X1经由一电阻R33电性连接所述选择输入端X2。所述选择输入端X2经由一电阻R35电性连接所述选择输入端X3。所述选择输入端X3经由一电阻R36电性连接所述选择输入端X4。所述选择输入端X4经由一电阻R38电性连接所述选择输入端X5。所述选择输入端X5经由一电阻R40电性连接所述选择输入端X6。所述选择输入端X6经由一电阻R42电性连接所述选择输入端X7。所述选择输入端X7经由一电阻R43分别电性连接所述集成运放U3C的反向输入端和输出端。所述集成运放U3C的同向输入端顺次经由一电容C52和一电阻R41电性连接所述回波发生单元400。所述集成运放U3C的同向输入端经由一电阻R45电性连接所述集成运放U3D的输出端以输出一电压信号。所述输出端X经由一电容C43电性连接所述集成运放U7A的同向输入端。所述集成运放U7A的同向输入端经由一电阻R37分别电性连接所述集成运放U3D的反向输入端和输出端。所述集成运放U3D的输出端经由一电阻R39电性连接所述集成运放U7B的同向输入端。所述集成运放U3D的同向输入端经由一电阻R44接地。所述集成运放U7A的反向输入端和输出端电性相连。所述集成运放U7A的输出端顺次经由一电阻R30和一电容C44电性连接所述集成运放U7B的同向输入端。所述集成运放U7B的反向输入端和输出端电性相连。所述集成运放U7B的输出端顺次经由一电阻R29和一电容C45电性连接所述模拟通用端COM。所述模拟常开端NO电性连接所述信号检出单元300。所述逻辑电平输入端IN电性连接所述逻辑电平控制信号端PC4。其中，所述多路开关U6为德州仪器公司生产的CD4051系列多路开关，所述模拟开关U9为美信公司生产的MAX319系列模拟开关。
请参照图4和图5A、图5B、图5C，所述信号检出单元300包括一负载输出电路310、一频率测量电路320及一电压采集电路330。所述负载输出电路310包括一继电器P12，所述继电器P12包括若干开关端1~3、5~7及两线圈端4、8。所述开关端1电性连接一负载（图未示）的一端。所述开关端2分别经由一电阻R22和一电容C30电性连接所述负载的另一端。所述开关端3分别经由一电阻R23和一电容C31电性连接所述模拟常开端NO。所述线圈端4经由一电阻R24和一电容C32电性连接所述模拟常开端NO。所述若干开关端5～7和线圈端8电性相连后分别电性连接所述频率测量电路320和电压采集电路330。所述频率测量电路320包括若干反向器U2B、U2C、U2D、U2E、U2F。所述反向器U2B的输入端经由一电阻R12电性连接若干开关端5～8。所述反向器U2B的输出端分别电性连接所述反向器U2C和U2F的输入端。所述反向器U2C的输出端经由一二极管D5电性连接所述反向器U2D的输入端。所述反向器U2F的输出端输出一脉冲信号。所述反向器U2D的输出端电性连接所述反向器U2E的输入端。所述反向器U2E的输出端顺次经由一电阻R13和一发光二极管LED1接地。所述电压采集电路330包括两集成运放U3A和U3B，每一集成运放U3A和U3B分别包括一同向输入端、一反向输入端及一输出端。所述集成运放U3A的同向输入端顺次经由一电阻R19、一二极管D9、一电容C29及一电阻R18电性连接若干开关端5～8。所述集成运放U3A的输出端顺次经由一二极管D8和一电阻R17电性连接所述集成运放U3B的同向输入端。所述集成运放U3B的反向输入端和输出端电性相连。所述集成运放U3B的输出端输出一功率信号。
请参照图6A和图6B，所述回波发生单元400包括一波形合成芯片P9，所述波形合成芯片P9包括一信号输入端2、一重置端12、一数据端14、一频率更新端16及一指令时钟端18。所述信号输入端2顺次经由电阻R41和电容C52电性连接所述集成运放U3C的同向输入端。所述重置端12、数据端14、频率更新端16及指令时钟端18分别电性连接所述重置控制信号端PB9、数据控制信号端PB8、频率更新控制信号端PB7及指令时钟控制信号端PB6。其中，所述波形合成芯片P9为亚德诺半导体公司生产的AD9850 DDS系列波形合成芯片，所述波形合成芯片P9的正弦波输出频率为0~40兆赫兹，方波输出频率为0~1兆赫兹。
所述串行接口单元500包括一收发器芯片D7，所述收发器芯片D7包括一接收器输出端RO、一接收器输出使能端RE、一驱动器输出使能端DE、一驱动器输入端DI、一接收器反向输入端B及一接收器同向输入端A。所述接收器输出端RO和驱动器输入端DI分别电性连接所述接收器输出控制信号端PA3和驱动器输入控制信号端PA2。所述接收器输出使能端RE和驱动器输出使能端DE电性相连后电性连接所述输出使能控制信号端PA7。所述接收器反向输入端B和接收器同向输入端A分别经由保险丝F1、F2电性连接所述回声测深仪10。其中，所述收发器芯片D7为美信公司生产的MAX487系列收发器芯片，所述收发器芯片D7支持连接所述回声测深仪10的串行通信接口，可通过输入输出接口控制连接类型。
所述显示单元600为3.1寸的OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）显示器，分辨率为256*64，工作温度为-40~+85摄氏度，50%像素点亮功耗小于400毫瓦。
所述存储单元700为兆易创新公司生产的GD25Q32系列存储器，容量为4兆字节，工作频率104兆赫兹，支持串行外设接口通信。
所述输入单元800采用旋转编码器，通过输入输出接口实现键盘操作。
所述无线网络单元900为乐鑫信息科技公司生产的ESP8266系列无线网络芯片，所述无线网络单元900支持AP（Access Point，无线访问接入点）、STA（Station，无线终端）及AP+ STA三种无线传输模式。
所述微控制单元100通过所述无线网络单元900向一远端服务器20上传测试数据，所述远端服务器20安装有上位机测试软件，所述上位机测试软件根据接收到的测试数据生成电子版校准证书，所述远端服务器20通过所述无线网络单元900将电子版校准证书回传给所述微控制单元100。其中，所述远端服务器20支持windows2008 64位操作系统，数据库采用SQLServer2008，采用.net开发平台和C#开发语言。所述远端服务器20具有接收并处理数据、生成计量证书及设备受控状态管理的功能。所述上位机测试软件支持windows XP、windows7 32位及64位操作系统，采用.net开发平台和C#开发语言。所述上位机测试软件具有设备测试、测试过程记录，测试数据上传及计量证书下载打印的功能。
采用上述回声测深仪校准装置对所述回声测深仪10进行校准时，所述阻抗匹配单元200调整所述回声测深仪10发射的高压脉冲信号，并根据高压脉冲信号精确生成微伏级的回波信号，完成对所述回声测深仪10发射功率和接收灵敏度的采集和检测。所述信号检出单元300通过所述微控制单元100的输入输出接口将发射功率和接收灵敏度的簇信号转换成模拟信号和频率信号，完成对所述回声测深仪10发射功率和簇频率的采集和检测。所述回波发生单元400通过串行外设接口和所述微控制单元100进行通信，进而根据发射功率和接收灵敏度的簇信号模拟回波间隔生成1兆赫兹以下的方波和40兆赫兹以下的正弦波。所述微控制单元100根据接收到的模拟信号、频率信号及方波/正弦波信号对所述回声测深仪10的精度进行测量和分析，并将测试数据上传到所述远端服务器20。所述远端服务器20根据接收到的测试数据生成电子版校准证书，并通过所述无线网络单元900将电子版校准证书回传给所述微控制单元100。经测试验证，上述回声测深仪校准装置的技术指标如下：频率测量范围：10赫兹~4兆赫兹。频率测量精度：≤10每百万单位。深度测量范围：0.5米~800米。深度测量精度：深度 0.5米~10米，<±5毫米；深度 10米~200米，<±10毫米；深度 200米~800米，<±50毫米。
本发明回声测深仪校准装置通过所述信号检出单元300将发射功率和接收灵敏度的簇信号转换成模拟信号和频率信号，所述回波发生单元400根据发射功率和接收灵敏度的簇信号模拟回波间隔生成方波和正弦波，所述微控制单元100根据接收到的模拟信号、频率信号及方波/正弦波信号对所述回声测深仪10的精度进行测量，并将测试数据上传到远端服务器20，实现了对所述回声测深仪10进行自动测量。

Claims (10)

1.一种回声测深仪校准装置，其特征在于：所述回声测深仪校准装置包括微控制单元、阻抗匹配单元、信号检出单元及回波发生单元，所述阻抗匹配单元接收并调整一回声测深仪发射的脉冲信号，并根据脉冲信号生成回波信号，所述信号检出单元将发射功率和接收灵敏度的簇信号转换成模拟信号和频率信号，所述回波发生单元根据发射功率和接收灵敏度的簇信号模拟回波间隔生成方波和正弦波，所述微控制单元根据接收到的模拟信号、频率信号及方波/正弦波信号对所述回声测深仪的精度进行测量，并将测试数据上传到一远端服务器。
2.如权利要求1所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述微控制单元包括微控制器，所述微控制器包括地址控制信号端和逻辑电平控制信号端，所述阻抗匹配单元包括多路开关和模拟开关，所述多路开关包括地址端，所述地址端电性连接所述地址控制信号端，所述模拟开关包括逻辑电平输入端，所述逻辑电平输入端电性连接所述逻辑电平控制信号端，所述回波发生单元包括波形合成芯片，所述波形合成芯片包括重置端、数据端、频率更新端及指令时钟端，所述重置端、数据端、频率更新端及指令时钟端分别电性连接所述重置控制信号端、数据控制信号端、频率更新控制信号端及指令时钟控制信号端。
3.如权利要求2所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述阻抗匹配单元还包括集成运放，所述多路开关包括选择输入端和输出端，所述模拟开关包括模拟通用端和模拟常开端，所述选择输入端电性相连，所述多路开关的输出端电性连接所述集成运放的输入端，所述集成运放的输出端电性连接所述模拟通用端，所述模拟常开端电性连接所述信号检出单元。
4.如权利要求1所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述信号检出单元包括负载输出电路、频率测量电路及电压采集电路，所述负载输出电路包括继电器，所述继电器包括开关端和线圈端，所述模拟开关包括模拟常开端，所述开关端和线圈端分别电性连接所述模拟常开端，所述开关端和线圈端电性相连后分别电性连接所述频率测量电路和电压采集电路。
5.如权利要求4所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述频率测量电路包括反向器，所述反向器的输入端电性连接开关端，所述反向器的输出端输出脉冲信号，所述反向器的输出端电性连接一发光二极管，所述电压采集电路包括集成运放，所述集成运放的同向输入端电性连接开关端，所述集成运放的输出端输出一功率信号。
6.如权利要求1所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述回声测深仪校准装置还包括串行接口单元，所述串行接口单元包括收发器芯片，所述收发器芯片包括接收器输出端、接收器输出使能端、驱动器输出使能端及驱动器输入端，所述微控制器还包括驱动器输入控制信号端、接收器输出控制信号端及输出使能控制信号端，所述接收器输出端和驱动器输入端分别电性连接所述接收器输出控制信号端和驱动器输入控制信号端，所述接收器输出使能端和驱动器输出使能端电性相连后电性连接所述输出使能控制信号端。
7.如权利要求6所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述收发器芯片还包括接收器反向输入端和接收器同向输入端，所述接收器反向输入端和接收器同向输入端分别电性连接所述回声测深仪。
8.如权利要求1所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述回声测深仪校准装置还包括无线网络单元，所述远端服务器安装有上位机测试软件，所述上位机测试软件根据接收到的测试数据生成电子版校准证书，所述远端服务器通过所述无线网络单元将电子版校准证书回传给所述微控制单元。
9.如权利要求8所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述远端服务器具有接收并处理数据、生成计量证书及设备受控状态管理的功能，所述上位机测试软件具有设备测试、测试过程记录，测试数据上传及计量证书下载打印的功能。
10.如权利要求1所述的回声测深仪校准装置，其特征在于：所述回声测深仪校准装置还包括显示单元、存储单元及输入单元，所述输入单元采用旋转编码器，通过输入输出接口实现键盘操作。
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