CN112285543A - 一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置，属于水下测量装置技术领域。本发明包括水下信号采集器、信号采集电路、可变正弦波发生器，水下信号采集器的输出端与信号采集电路连接，信号采集电路再与可变正弦波发生器连接。本发明创新性的将钢索末端的金属触点与岸边的第二金属片之间的水体为回路，利用以水为导体的传输回路进行水下开关信号采集，本发明电路采集到的信号为低频交流信号，其使用交流信号传输，然后通过钢缆发送载波，经过交流正弦波发生器触发信号；本发明将有效输出水下开关的开关信号，信号稳定，结构简单，水下防误触发、在电导率较高的水中也可正常工作。

Description

一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置

技术领域

本发明涉及一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置，属于水下测量装置技术领域。

背景技术

目前，水文信息中河道检测是水文测量中必不可少的一项工作，它对水利工程建设管理、防汛抗旱、水资源管理与保护工作等都起着非常重要的作用。在现有技术中，传统的水下电源开关信号采集使用的大都为直流频率信号，抗干扰性差，不利于信号传输的稳定性。并且，在河道、人工渠道等场景下完成水文测量任务时使用铅鱼等各类水下设备，这些水下设备上都需要有电源开关来控制设备开关机。但是采用所使用的水下开关目前还存在着水下由于电导率升高而出现误触发、信号传输不稳定等问题。

水下开关信号对水文信息的获取起着不可或缺的作用，但是当物理开关工作在水下的时候，由于水的电导率较高，使物理开关电极间的电阻变小进而导致开关的误触发，使得水文信息出现错误。较一般的电源开关而言，水下开关需要具有较好的水密性，防止电源开关处由于漏水导致设备电路短路烧坏现象的发生。现有的水下开关在不同程度上都具有结构复杂，不具有普遍适用性的问题。为解决水下物理开关误触发的问题主要采取的方式是设计适用于水下环境的开关装置，已有的专利主要集中于设计新型水下开关装置解决开关在水下误触发的问题，“水下开关器(申请号：201420161697.6)”提出了一种应用于水下电源的开关器，其工作在真空壳体中，制作成本较高且应用范围较窄；“一种分离式水下开关(申请号：201720333424.9)”提出了一种由开关控制面板、防水密封舱和开关电路板组成的分离式水下开关，可在水下使用，但其主要由防水密封舱进行防水，体积较大；“一种非接触式水下开关(申请号：201821255901.5)”提出了一种无需打开密封桶就能控制水下密封桶内电源通断的非接触式开关，但开关结构复杂，应用范围较窄。“电子开关水下使用去抖的方法申请号：(201610720164.0)”提出了一种水下消除干扰信号的方法，但是其系统较为复杂，实现成本较高。上述相关专利，均未解决铅鱼在测流过程中，水下信号传输不稳定，易受干扰等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明的目的是提供一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置，使用交流方式信号传输，调制和发送载波，可以有效的输出水下物理开关的开关信号，以解决物理开关在水下由于电导率升高而出现误触发、信号传输不稳定等问题。

本发明技术方案是：一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置，包括水下信号采集器、信号采集电路、可变正弦波发生器，水下信号采集器的输出端与信号采集电路连接，信号采集电路再与可变正弦波发生器连接；

所述水下信号采集器包括第一金属片1、塑料板2、金属触点3、绝缘子4、导线5、钢索6、第二金属片7；

所述钢索6跨越水体，钢索6的一端系有一绝缘子4，绝缘子4下方连接塑料板2，塑料板2上有两个金属触点3；其中一个金属触点3上连接有第一金属片1，另一个金属触点3接有一根导线5并连接在绝缘子4上端的钢索6上；岸边的设有第二金属片7。

作为本发明的进一步方案，所述信号采集电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3、三级管Q1、非门U2A、U3A；

所述水下信号采集器的输出端分别与电阻R1的一端、电容C1的一端、三级管Q1的基极连接，电阻R1的另一端分别接5V电源和电阻R2的一端，电容C1的另一端接地，三级管Q1的发射极接地，三级管Q1的集电极分别接电阻R3的一端、电阻R2的另一端，电阻R3的另一端分别接电阻R4的一端、C2的一端、非门U2A输入端，非门U2A的输出端接R5的一端，R5的另一端分别接电阻R6的一端、C3的一端、非门U3A输入端，非门U3A输出端接可变正弦波发生器；电阻R4的另一端、C2的另一端、电阻R6的另一端、C3的另一端均接地。

本发明可以运用在铅鱼上，检测铅鱼是否入水。在本发明提及的一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置中在水下信号采集装置没有工作即铅鱼在水面以上时，电路输出低电平0V，将其低电平信号调制为低频信号输出，其采集到的高频信号使用1200Hz交流信号，其表示"0"；水下信号采集装置工作时即铅鱼在水中，电路输出高电平5V，将其高电平信号调制为高频信号输出，其采集到的高频信号使用2200Hz交流信号，其表示"1"；其做到了载波频率高、传送数据能力较强的同时传送距离也较长，其有别于传统直流频率信号，其使用正负交流信号进行传输，信号传输稳定，更有利于提高信号传输的抗干扰性；本发明电路采集到的信号为低频交流信号，其使用交流信号传输，然后通过钢缆发送载波，经过交流正弦波发生器触发信号；本发明将有效输出水下开关的开关信号，信号稳定，结构简单，水下防误触发、在电导率较高的水中也可正常工作。

可变正弦波发生器输出采集到的信号为2200Hz、1200Hz交流信号获类似低频交流信号，其使用交流信号进行传输，然后发送载波并进行调制，信号传输更加稳定，有利于提高信号传输的抗干扰性。

本发明的有益效果是：

1、本发明的水下开关信号采集装置中使用1200Hz、2200Hz交流信号，有别于传统直流频率信号，其使用交流信号进行传输，并且载波频率高、传送数据能力较强的同时传送距离也较长，信号传输稳定，更有利于提高信号传输的抗干扰性；

2、本发明以单钢索作为导体，单钢索末端的金属极与岸边金属极之间的水体为回路，创新性的利用以水为导体的传输回路进行水下开关信号采集，工作距离长，工作回路至少可达500米，结合本发明的电路部分，水下信号采集的稳定性得到很大的提升；

3、本发明电路本身对于不同水体的导电性具有可靠的适用性，能适用于各种水下环境；较一般的水下开关，防止了在工作状态时水下误触发，并且在电导率较高的水下也能正常工作，工作可靠稳定；

附图说明

图1是本发明水下信号采集工作流程图；

图2是本发明水下信号采集装置示意图；

图3是本发明的水下开关信号采集电路原理图。

图1-3中各标号：1-第一金属片、2-塑料板、3-金属触点、4-绝缘子、5-导线、6-钢索、7-第二金属片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1、图2所示，一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置，包括水下信号采集器、信号采集电路、可变正弦波发生器，水下信号采集器的输出端与信号采集电路连接，信号采集电路再与可变正弦波发生器连接；

所述水下信号采集器包括第一金属片1、塑料板2、金属触点3、绝缘子4、导线5、钢索6、第二金属片7；

所述钢索6跨越水体，钢索6的一端系有一绝缘子4，绝缘子4下方连接塑料板2，塑料板2上有两个金属触点3；其中一个金属触点3上连接有第一金属片1，另一个金属触点3接有一根导线5并连接在绝缘子4上端的钢索6上；岸边的设有第二金属片7。单钢索末端的金属极与岸边金属极之间的水体为回路，利用以水为导体的传输回路进行水下开关信号采集。钢索长度可达500米以上，接到岸边的一端即为水下开关信号采集输出端。

如图3所示，作为本发明的进一步方案，所述信号采集电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3、三级管Q1、非门U2A、U3A；

所述水下信号采集器的输出端分别与电阻R1的一端、电容C1的一端、三级管Q1的基极连接，电阻R1的另一端分别接5V电源和电阻R2的一端，电容C1的另一端接地，三级管Q1的发射极接地，三级管Q1的集电极分别接电阻R3的一端、电阻R2的另一端，电阻R3的另一端分别接电阻R4的一端、C2的一端、非门U2A输入端，非门U2A的输出端接R5的一端，R5的另一端分别接电阻R6的一端、C3的一端、非门U3A输入端，非门U3A输出端接可变正弦波发生器；电阻R4的另一端、C2的另一端、电阻R6的另一端、C3的另一端均接地。

本发明创新性的将钢索6末端的金属触点3与岸边的第二金属片7之间的水体为回路，利用以水为导体的传输回路进行水下开关信号采集。钢索的离岸工作距离可达500米以上，接到岸边的一端即为水下信号采集器的输出端，即信号采集电路的输入端。

所述水下信号采集器的输出端与NPN型三极管Q1的基极连接；三极管Q1基极经电阻R1连接至电源Vcc，经电容C1(10nF)连接至地，发射极直接接地，集电极分别连接电阻R2(2k欧姆)和电阻R3(100欧姆)，电阻R2另一端连接电源Vcc，电阻R3另一端连接非门U2，非门U2输出连接电阻R5，电阻R5另一端连接非门U3，其中在电阻R3与非门U2间接入由电阻R4和电容C2并联组成的防抖电路，在电阻R5与非门U3间接入由电阻R6和电容C3组成的防抖电路；经过非门U3的输出信号频率超过3000Hz时，可变交流正弦波发生器会触发信号，然后将安装相应的检测装置就可检测到信号的输出。

在本发明提及的一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置中使用2200Hz交流信号，并且做到了载波频率高、传送数据能力较强的同时传送距离也较长，其有别于传统直流频率信号，其使用正负交流信号进行传输，信号传输稳定，更有利于提高信号传输的抗干扰性；

当水下信号采集装置工作时，电源Vcc经过电阻R1接地，三极管Q1工作在截止状态，此时三极管集电极输出电压为Vcc，经非门U2和非门U3后输出为高电平；当水下信号采集装置没有工作时，由于水的电阻率较高，可将信号采集装置部分视为一个阻值较大的电阻，由于电阻R1阻值较小，三极管基极电压高，三极管Q1处于导通状态，集电极输出电压为低电平，经非门U2和非门U3后输出为低电平。因此在水下信号采集装置没有工作时，电路输出低电平，水下信号采集装置工作时，电路输出高电平，实现了对水下开关信号的有效输出；以上电路较一般的水下开关，防止了在工作状态时水下误触发，并且在电导率较高的水下也能正常工作，工作可靠稳定；

所述发明的水下开关信号采集电路中信号放大模块，将采集到的水下微弱信号放大到所需要的幅度值且与原输入信号变化规律一致的信号，实现了对水下开关信号的有效输出；由于水下环境复杂，会对开关电路产生扰动，这种抖动的幅度大小及周期是无规律的，因此在电路中加入了两个防抖电路，防止开关抖动造成信号错误，使用带施密特触发器的非门，减小小幅值干扰的影响，提高输出信号的质量。

所述电路本身对于不同水体具有可靠的适用性，能适用于各种水下环境，在电导率较高的水下也能正常工作，且工作稳定；

所述电源供电电路使用HX4004A低噪声开关电容倍压器，将电池的不稳定电压转化到5V从VCC端输出到信号采集电路，工作电压更加可靠稳定；

所述电阻R1的阻值应小于或等于470欧姆；

所述非门U2和非门U3为带施密特触发器的非门；

所述的水下信号采集器在导电较高的水体里也可以正常工作。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置，其特征在于：包括水下信号采集器、信号采集电路、可变正弦波发生器，水下信号采集器的输出端与信号采集电路连接，信号采集电路再与可变正弦波发生器连接；

所述水下信号采集器包括第一金属片(1)、塑料板(2)、金属触点(3)、绝缘子(4)、导线(5)、钢索(6)、第二金属片(7)；

所述钢索(6)跨越水体，钢索(6)的一端系有一绝缘子(4)，绝缘子(4)下方连接塑料板(2)，塑料板(2)上有两个金属触点(3)；其中一个金属触点(3)上连接有第一金属片(1)，另一个金属触点(3)接有一根导线(5)并连接在绝缘子(4)上端的钢索(6)上；岸边的设有第二金属片(7)。

2.根据权利要求1所述的基于交流电信号传输的铅鱼水下信号采集装置，其特征在于：所述信号采集电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3、三级管Q1、非门U2A、U3A；

所述水下信号采集器的输出端分别与电阻R1的一端、电容C1的一端、三级管Q1的基极连接，电阻R1的另一端分别接5V电源和电阻R2的一端，电容C1的另一端接地，三级管Q1的发射极接地，三级管Q1的集电极分别接电阻R3的一端、电阻R2的另一端，电阻R3的另一端分别接电阻R4的一端、C2的一端、非门U2A输入端，非门U2A的输出端接R5的一端，R5的另一端分别接电阻R6的一端、C3的一端、非门U3A输入端，非门U3A输出端接可变正弦波发生器；电阻R4的另一端、C2的另一端、电阻R6的另一端、C3的另一端均接地。

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