CN109470186A - 一种冰层测厚仪 - Google Patents

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殷敬伟
葛威
朱广平
郭龙祥
韩笑
陈文剑
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Harbin Engineering University
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness

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Abstract

本发明属于冰层探测领域，具体涉及一种冰层测厚仪。本发明包括电子盒和声学探头即水声收发合置换能器；其中，所述电子盒包括主控制单元、信号采集调理单元、功率放大模块、收发转换模块、电源模块、显示模块；所述主控制单元、信号采集调理单元、功率放大模块、收发转换模块以及电源模块位于电子盒内部；所述显示模块位于电子盒外部；所述声学探头连接电子盒内部的收发转换模块。本发明简易便携，适合单兵操作；将声学探头放于冰层表面即可测量，无需破坏冰层结构，增加操作安全性；将声学探头放置于不同位置的冰层表面，可实现实时连续的冰层厚度数据测量、显示与存储。

Description

一种冰层测厚仪
技术领域
本发明属于冰层探测领域，具体涉及一种冰层测厚仪。
背景技术
随着北极冰层出现消融，航道无冰期时间延长，北极航道有望开通，北极在战略、经济、科研、能源开发等多个领域的价值攀升。与此同时，冰凌灾害给河道治理、凌汛期防汛以及交通运输带来很大困难；黄渤海冬季的海冰险情也影响着海上航运和海上油气的勘探，因此冰层监测技术有着切实的社会、经济应用前景。
由此可见，冰层的探测分析尤为重要，在军事领域，极地冰层的研究需要各点连续的冰厚数据；建立科考站和极地油田需要冰下水位的监测数据等。在民用领域，冰凌预防需要对河道冰情进行实时监测、分析、预报等。然而，由于目前用于冰层探测的产品精度差且无法自动测量，人工钻孔测量仍是冰层探测的主流，极地冰生消的连续测量和冰下水位的快速测量更是无从谈起。如何实时连续地自动进行冰层厚度测量及冰下水深探测已成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冰层测厚仪。
本发明的目的是这样实现的：
一种冰层测厚仪，包括电子盒1和声学探头即水声收发合置换能器2；其中，所述电子盒1 包括主控制单元13、信号采集调理单元14、功率放大模块15、收发转换模块16、电源模块12、显示模块11；所述主控制单元13、信号采集调理单元14、功率放大模块15、收发转换模块16 以及电源模块12位于电子盒1内部；所述显示模块11位于电子盒1外部；所述声学探头2连接电子盒内部的收发转换模块16。
所述主控制单元13包括ARM控制处理模块131、FPGA控制处理模块132、数据存储模块 133；所述ARM控制处理模块131分别与FPGA控制处理模块132、数据存储模块133、显示模块11相连接。
ARM控制处理模块131与FPGA控制处理模块132通过FSMC接口进行通信。
所述信号采集调理单元14包括A/D转换模块141、信号调理模块142；A/D转换模块141的输入端连接信号调理模块142的输出端，A/D转换模块141的输出端连接FPGA控制处理模块 132；信号调理模块142的输入端连接收发转换模块16。
所述功率放大模块15输入端连接FPGA控制处理模块132，输出端连接收发转换模块16。
所述电源模块12对主控制单元13、信号采集调理单元14、功率放大模块15、显示模块11 以及声学探头2进行供电。
所述显示模块11提供人机交互界面。
本发明的有益效果在于：
本发明简易便携，适合单兵操作；将声学探头放于冰层表面即可测量，无需破坏冰层结构，增加操作安全性；将声学探头放置于不同位置的冰层表面，可实现实时连续的冰层厚度数据测量、显示与存储。
附图说明
图1为冰层测厚仪的结构示意图；
图2为冰层测厚仪信号流向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种冰层测厚仪，包括电子盒1和声学探头即水声收发合置换能器2；其中，所述电子盒1包括主控制单元13、信号采集调理单元14、功率放大模块15、收发转换模块16、电源模块12、显示模块11。
所述显示模块11在开机后提供人机交互界面，根据需求设置不同的参数，参数包括声速，发送信号的脉冲宽度等。设置完毕即可发送信号，信号类型为单频脉冲。
如图2所示，所述主控制单元13包括ARM控制处理模块131、FPGA控制处理模块132、数据存储模块133。ARM控制处理模块131接收到显示模块11提供的信号参数信息后，将其通过FSMC接口传送至FPGA控制处理模块132。FPGA控制处理模块132根据信号参数信息生成波形数据并传送至功率放大模块15。
所述功率放大模块15将接收到的波形数据进行功率放大，经收发转换模块16发送至声学探头即水声收发合置换能器2。
所述声学探头2将经功率放大后的电信号转换为声信号发射至冰层内。由于存在冰-水界面，声信号发生反射，之后被声学探头2接收到。声学探头2将声信号转换为电信号后经收发转换模块16传送至信号调理模块142。
所述信号调理模块142将接收到的电信号进行放大滤波等信号调理方式之后，由A/D转换模块141转换为数字信号。其中，放大电路中的自动增益控制信号由FPGA控制处理模块 132输出。
所述A/D转换模块141将转换后的数字信号通过数据接口传送至FPGA控制处理模块 132。
所述FPGA控制处理模块132将接收到的数字信号通过FSMC接口传送至ARM控制处理模块131。
所述ARM控制处理模块131将接收到的数字信号进行处理，计算得到冰层厚度并发送至显示模块11和存储模块133。其中，冰层厚度根据发射信号时刻与接收信号到达时刻的时间差计算得到，冰层厚度＝时间差×冰层中的声速/2。

Claims (7)

1.一种冰层测厚仪，其特征在于：包括电子盒(1)和声学探头即水声收发合置换能器(2)；其中，所述电子盒(1)包括主控制单元(13)、信号采集调理单元(14)、功率放大模块(15)、收发转换模块(16)、电源模块(12)、显示模块(11)；所述主控制单元(13)、信号采集调理单元(14)、功率放大模块(15)、收发转换模块(16)以及电源模块(12)位于电子盒(1)内部；所述显示模块(11)位于电子盒(1)外部；所述声学探头(2)连接电子盒内部的收发转换模块(16)。
2.根据权利要求1所述的一种冰层测厚仪，其特征在于：所述主控制单元(13)包括ARM控制处理模块(131)、FPGA控制处理模块(132)、数据存储模块(133)；所述ARM控制处理模块(131)分别与FPGA控制处理模块(132)、数据存储模块(133)、显示模块(11)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种冰层测厚仪，其特征在于：ARM控制处理模块(131)与FPGA控制处理模块(132)通过FSMC接口进行通信。
4.根据权利要求1或2所述的一种冰层测厚仪，其特征在于：所述信号采集调理单元(14)包括A/D转换模块(141)、信号调理模块(142)；A/D转换模块(141)的输入端连接信号调理模块(142)的输出端，A/D转换模块(141)的输出端连接FPGA控制处理模块(132)；信号调理模块(142)的输入端连接收发转换模块(16)。
5.根据权利要求1或2所述的一种冰层测厚仪，其特征在于：所述功率放大模块(15)输入端连接FPGA控制处理模块(132)，输出端连接收发转换模块(16)。
6.根据权利要求1所述的一种冰层测厚仪，其特征在于：所述电源模块(12)对主控制单元(13)、信号采集调理单元(14)、功率放大模块(15)、显示模块(11)以及声学探头(2)进行供电。
7.根据权利要求1所述的一种冰层测厚仪，其特征在于：所述显示模块(11)提供人机交互界面。
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