CN110579767A - 一种探鱼仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种探鱼仪，其包括：信号生成模块与信号处理装置以及标准换能器转换模块电性连接，被配置为在信号处理装置的驱动下向标准换能器转换模块输出发射信号；信号接收模块的输出端与信号处理装置电性连接，信号接收模块的输入端通过收发转换开关与标准换能器转换模块的输出端连接；收发转换开关的控制端与信号处理装置电性连接；标准换能器转换模块内设置有匹配变压器，匹配变压器的初级绕组与换能器接口连接。采用的通用且可配置的数字化后端，使得探鱼仪可以采用各种型号的换能器，在探鱼仪升级的过程中仅需对信号处理的后端进行更换，不必在船坞中对换能器进行同步升级。

Description

一种探鱼仪
技术领域
本发明涉及渔业领域，尤其涉及一种探鱼仪。
背景技术
探鱼仪可以分为水下的换能器部分和放在驾驶舱内的主机部分。探鱼仪换能器使用的是压电陶瓷，技术成熟，可靠性和寿命很长。而探鱼仪的主机部分发展迅速，随着电子器件快速发展和新的信号处理方法应用，主机升级可以带来探鱼仪性能的大幅提升。
此外，近些年海洋渔业向深远海发展，渔民对海洋的探测需求不断提高，特别是渔船船联网项目实施，需要渔船上搭载高性能，提供声学数据输出接口的新型探鱼仪，这就要对老式探鱼仪进行大量更换。
由于不同信号的换能器具有不同的工作频率、带宽以及信号制式，探鱼仪的主机需要与之匹配。因此目前市售探鱼仪更换时需要将主机和换能器一起更换，而更换水下的换能器需要进坞，费钱费力。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种探鱼仪，该探鱼仪采用数字化的后端以及可调的接口，使得探鱼仪可以采用不同型号的换能器。
为了实现上述目的，本发明提供一种探鱼仪，其包括：信号处理装置、信号生成模块、信号接收模块、收发转换开关以及标准换能器转换模块，其中；
所述信号生成模块与所述信号处理装置以及所述标准换能器转换模块电性连接，被配置为在所述信号处理装置的驱动下向所述标准换能器转换模块输出发射信号；
所述信号接收模块的输出端与所述信号处理装置电性连接，所述信号接收模块的输入端通过所述收发转换开关与所述标准换能器转换模块的输出端连接；
所述收发转换开关的控制端与所述信号处理装置电性连接；
所述标准换能器转换模块内设置有匹配变压器，所述匹配变压器的初级绕组与换能器接口连接，所述换能器接口用于和换能器连接。
优选的，所述信号生成模块包括高压电源以及D类功放；
所述高压电源与所述D类功放的供电端口连接，所述D类功放的输入端与所述信号处理装置连接；
所述D类功放的输出端与所述标准换能器转换模块连接；所述信号处理装置通过Delta-Sigma调制产生用于驱动所述D类功放的开关信号；所述D类功放在所述开关信号控制下生成的发射信号的工作频率、带宽以及工作制式与所述换能器相适配。
优选的，所述信号接收模块包括可变增益放大器以及模数转换器；
所述可变增益放大器的输入端与所述收发转换开关连接；所述可变增益放大器的输出端与所述模数转换器的输入端连接；
所述可变增益放大器的控制端与所述信号处理装置连接；所述模数转换器的输出端与所述信号处理装置电性连接。
优选的，所述匹配变压器的初级绕组的电感Lp与待适配的所述换能器在工作频率fm下的等效电容值Cp满足如下关系：
从而使得待适配的所述换能器在工作频率fm下的输出阻抗呈现纯电阻状态，其阻值为Rp；所述匹配变压器的初级绕组和次级绕组的匝数使得所述换能器的输出阻抗在所述匹配变压器的次级绕组转换成标准阻值RS，所述匹配变压器的初级绕组和次级绕组的匝数满足如下条件：
其中，Np为所述匹配变压器的初级绕组匝数，Ns为所述匹配变压器的次级绕组的匝数。
优选的，所述信号处理装置连接有数据传输接口和/或人机交互界面。
优选的，所述信号处理装置包括FPGA、DSP、通用处理器或者ASIC芯片中的一种或多种的组合。
本发明的有益技术效果为：采用的通用且可配置的数字化后端主机，使得探鱼仪可以采用各种型号的换能器。该探鱼仪的主机还可用于对现有的探鱼仪进行升级，在升级的过程中仅需对信号处理的后端进行更换，使得现有的换能器可以与本申请中的探鱼仪的后端搭配使用，不必在船坞中对换能器进行同步升级。此外，采用数字化的后端主机，使得探鱼仪采用的探测算法可根据需求进行升级，探鱼仪具有标准的数据接口，不仅可上报或存储水声数据，还可外接特定功能的水声处理设备对探鱼仪的功能进行拓展。
附图说明
图1为本发明探鱼仪的原理图。
具体实施方式
下面根据附图1，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1所示，本发明的实施例包括一种探鱼仪，该探鱼仪包括信号处理装置1、信号生成模块2、信号接收模块3、收发转换开关4以及标准换能器转换模块5。此外，本实施例的探鱼仪还包括换能器，换能器与标准换能器转换模块5的换能器接口连接。换能器用于安装在渔船的底部，用于向下发射超声波，并接受反射的回波。
信号生成模块2用于在信号处理装置1的控制下，通过标准换能器转换模块5向换能器发送发射信号，以驱动换能器发射超声波。信号生成模块2与信号处理装置1以及标准换能器转换模块5电性连接。信号生成模块2被配置为在信号处理装置1的驱动下向标准换能器转换模块5输出发射信号。
信号生成模块2主要包括高压电源6以及D类功放7。高压电源6与D类功放7的供电端口连接，用于向D类功放7供电。D类功放7的输入端与信号处理装置1连接。D类功放7的输出端与标准换能器转换模块5连接。信号处理装置1通过Delta-Sigma调制产生用于驱动D类功放7的开关信号；D类功放7在开关信号控制下生成的发射信号的工作频率、带宽以及工作制式与所述换能器相适配。D类功放可以在信号处理装置1的驱动下生成不同频率、带宽以及工作制式的发射信号，使得发射信号可以适配各种探鱼仪的换能器。
信号接收模块3的输出端与信号处理装置1电性连接。信号接收模块3的输入端通过收发转换开关4与标准换能器转换模块5的输出端连接。收发转换开关4的控制端与信号处理装置1电性连接。收发转换开关4可以采用MOS管、继电器或者其他开关电路进行实现。
信号接收模块3用于在信号处理装置1的控制下接收换能器接收到的回波信号，并对接收到的回波信号进行放大以及模数转换。信号接收模块3包括可变增益放大器8以及模数转换器9。
可变增益放大器8的输入端与收发转换开关4连接。可变增益放大器8的输出端与模数转换器9的输入端连接。可变增益放大器8的控制端与信号处理装置1连接。模数转换器9的输出端与信号处理装置1电性连接。模数转换器9将可变增益放大器8输出的信号进行模数转换，变成数字信号，输入到信号处理装置1中进行处理。
信号接收模块3在处理回波信号的过程中，可变增益放大器8可在信号处理装置1的控制下根据预定的时变增益曲线对可变增益放大器8的信号强度进行转换。
标准换能器转换模块5的换能器接口用于和各种换能器连接。标准换能器转换模块5内设置有匹配变压器，匹配变压器的初级绕组与换能器接口连接。匹配变压器的次级绕组与D类功放7的输出端以及收发转换开关4连接。
探鱼仪具有发射信号和接受回波信号这两种状态。
在发射信号时，信号处理装置1控制信号生成模块2的D类功放7输出发射信号，发射信号经由标准换能器转换模块5的匹配变压器，最终作用在换能器上，使得换能器向下发出超声波，在此过程中，信号处理装置控制收发转换开关4处于断开的状态，以避免D类功放7的输出信号直接作用在可变增益放大器8的输入端。
超声波返回的过程中，信号处理装置1控制信号生成模块2停止出处发射信号。同时，信号处理装置1控制收发转换开关导通，超声波的回波经过换能器的转换后，经过标准换能器转换模块5的匹配变压器以及收发转换开关4，作用在可变增益放大器8的输入端，信号经放大后经过模数转换器的转换变为数字信号，交由信号处理装置1进行处理。
标准换能器转换模块5中的匹配变压器的电感值以及绕组匝数与待适配的换能器在其工作频率fm下的等效阻抗相匹配。为了适配不同的换能器，匹配变压器可根据不同的换能器进行定制，也可采用匝数比以及初级电感值均可调的可调变压器。
在标准换能器转换模块5中，匹配变压器的初级绕组的电感Lp与待适配的换能器在工作频率fm下的等效电容值Cp满足如下关系：
从而使得待适配的换能器在工作频率fm下的输出阻抗呈现纯电阻状态，其阻值为Rp。在一个具体实施例中Rp＝75Ω。匹配变压器的初级绕组和次级绕组的匝数使得换能器的输出阻抗在所述匹配变压器的次级绕组转换成标准阻值RS，所述匹配变压器的初级绕组和次级绕组的匝数满足如下条件：
其中，Np为所述匹配变压器的初级绕组匝数，Ns为所述匹配变压器的次级绕组的匝数。经过阻抗匹配，使得不同的换能器具有相同的等效输入阻抗。
信号处理装置1可采用FPGA、DSP、通用处理器或者ASIC芯片中的任意一种或多种进行实现。采用DSP或通用处理器实现的信号处理装置1必须采用软件进行实现，然而采用FPGA实现的信号处理装置可视为通过硬件进行实现，特别是无法擦写的反熔丝FPGA，反熔丝FPGA在配置过程中会永久地改变其内部的电路结构，使得其可以执行各种信号处理任务。此外，信号处理装置可采用数字电路进行实现，不必借助存储在RAM或者磁盘中的计算机程序。
信号处理装置1可根据探测的需求以及换能器的型号控制信号生成模块2生成一定带宽的发射信号，以使得换能器发出预定带宽的超声波信号。在处理回波信号的过程中，信号处理装置1可根据换能器的具体参数以及回波的带宽选取适当的滤波匹配算法，从而使得探鱼仪获得更好的探测结果。信号处理装置1中可存储探鱼仪的配置信息，信号处理装置1可根据配置信息选取发射信号的带宽、频率、信号制式等参数，使得探鱼仪可以采用不同型号的换能器。
信号处理装置连接有数据传输接口10和人机交互界面11。通过在数据传输接口上连接网络通信装置或数据存储装置，可以收集探鱼仪的探测结果。通过人机交互界面11，渔业人员可以对探鱼仪进行操作，以便探测水中的鱼群。
在本实施例的探鱼仪广泛推广后，由于各探鱼仪使用相同的数字后端以及数据格式，使得各探鱼仪的探测到的声学数据可以汇总起来，通过对汇总数据的挖掘可以获得宝贵的数据，对海洋资源的开发起到了有益的价值。
本实施例的探鱼仪具有如下有益效果：采用的通用数字化后端，使得探鱼仪的后端可以适配各种型号的换能器。对现有的探鱼仪进行升级的过程中，仅需对探鱼仪的后端主机进行更换，不必在船坞中对换能器进行同步升级，节省了换能器的更换费用。此外，采用数字化的后端，使得探鱼仪采用的探测算法可根据需求进行升级，探鱼仪具有标准的数据接口，不仅可上报或存储水声数据，还可外接特定功能的水声处理设备对探鱼仪的功能进行拓展。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种探鱼仪，其特征在于包括：信号处理装置、信号生成模块、信号接收模块、收发转换开关以及标准换能器转换模块，其中；
所述信号生成模块与所述信号处理装置以及所述标准换能器转换模块电性连接，被配置为在所述信号处理装置的驱动下向所述标准换能器转换模块输出发射信号；
所述信号接收模块的输出端与所述信号处理装置电性连接，所述信号接收模块的输入端通过所述收发转换开关与所述标准换能器转换模块的输出端连接；
所述收发转换开关的控制端与所述信号处理装置电性连接；
所述标准换能器转换模块内设置有匹配变压器，所述匹配变压器的初级绕组与换能器接口连接；所述换能器接口用于和换能器连接。
2.根据权利要求1所述的探鱼仪，其特征在于，所述信号生成模块包括高压电源以及D类功放；
所述高压电源与所述D类功放的供电端口连接，所述D类功放的输入端与所述信号处理装置连接；
所述D类功放的输出端与所述标准换能器转换模块连接；所述信号处理装置通过Delta-Sigma调制产生用于驱动所述D类功放的开关信号；所述D类功放在所述开关信号控制下生成的发射信号的工作频率、带宽以及工作制式与所述换能器相适配。
3.根据权利要求1所述的探鱼仪，其特征在于，所述信号接收模块包括可变增益放大器以及模数转换器；
所述可变增益放大器的输入端与所述收发转换开关连接；所述可变增益放大器的输出端与所述模数转换器的输入端连接；
所述可变增益放大器的控制端与所述信号处理装置连接；所述模数转换器的输出端与所述信号处理装置电性连接。
4.根据权利要求1所述的探鱼仪，其特征在于，所述匹配变压器的初级绕组的电感Lp与待适配的所述换能器在工作频率fm下的等效电容值Cp满足如下关系：
从而使得待适配的所述换能器在工作频率fm下的输出阻抗呈现纯电阻状态，其阻值为Rp；所述匹配变压器的初级绕组和次级绕组的匝数使得所述换能器的输出阻抗在所述匹配变压器的次级绕组转换成标准阻值RS，所述匹配变压器的初级绕组和次级绕组的匝数满足如下条件：
其中，Np为所述匹配变压器的初级绕组匝数，Ns为所述匹配变压器的次级绕组的匝数。
5.根据权利要求1所述的探鱼仪，其特征在于，所述信号处理装置连接有数据传输接口和/或人机交互界面。
6.根据权利要求1所述的探鱼仪，其特征在于，所述信号处理装置包括FPGA、DSP、通用处理器或者ASIC芯片中的一种或多种的组合。
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