CN201681157U - 多探头多波束测深仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多探头多波束测深仪，包括：网卡芯片连接高速数字信号处理器的命令输入端、其第一输出端依次连接直接波形生成器、发射脉宽控制器、发射驱动电路、通道切换控制电路、换能器、回波接收运算放大器、混频器，数字信号处理器的第二输出端依次连接时间变化增益控制电路、可调增益放大器；直接波形生成器的输出端还直接连接所述混频器输入端；所述混频器的输出端依次连接带通滤波器、可调增益放大器、双边检波电路、低通滤波电路、数字信号处理器的数据输入端。由于采用了数字发射波频率生成技术、混频技术和乘法双边检波技术，能通过软件控制灵活调节发射波频率，提高了灵敏度，并达到快速稳定的多频段通道切换。

Description

多探头多波束测深仪

技术领域

本实用新型涉及电子探测仪领域，尤其涉及一种多通道、高灵敏度的多探头多波束测深仪。

背景技术

目前的测深仪都是用电感电容组成发射波频率振荡电路，产生的发射波频率由电路元件的物理参数调节确定，调节范围小而且不精确；而接收探测回波的电路则是根据发射电路的振荡频率而设计，电路的通带特性为带通滤波放大电路，只能通过固定的窄频率宽度，电路的增益调节多数是以可变增益放大器或是用运放、模拟开关和电阻阵列配合组成；检波电路则大多数的都是用简单的二极管单边检波电路，检波后的信号再送由微处理器或专门的数模转换器采样量化。而多通道分时复用在国内测深仪上基本没见到过正式的产品，全部都是单波束测深仪。目前的测深仪只能使用某一固定频率的探头，简单的二极管检波电路会降低电路的灵敏度。单波束测深仪的工作效率低，特别是在做大比例尺成图测量时。

采用上述结构的测深仪，发射电路与接收电路的简单设计结构使其只能使用某一固定频率的发射/接收探头，对于不同频率发射波产生的回波不能通过高灵敏度电路有效处理，导致信号处理杂波干扰大，降低了测深仪的探测灵敏度。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种可多通道切换、高灵敏度的多探头多波束测深仪。

本实用新型实施例提供了一种多探头多波束测深仪，包括高速数字信号处理器、直接波形生成器、时间变化增益控制电路。其中一个网卡芯片连接数字信号处理器的命令输入端、所述数字信号处理器的第一输出端依次连接直接波形生成器、发射脉宽控制器、发射驱动电路、通道切换控制电路、换能器、回波接收运算放大器、混频器的第一输入端，所述数字信号处理器的第二输出端 依次连接时间变化增益控制电路、可调增益放大器；所述直接波形生成器的输出端还直接连接所述混频器的第二输入端；所述混频器的输出端依次连接带通滤波器、所述可调增益放大器、双边检波电路、低通滤波电路、所述数字信号处理器的数据输入端。

上述测深仪各部分电路处理信号的过程是：所述数字信号处理器通过网卡芯片接收控制电脑发出的测深命令，控制所述直接波形生成器产生发射波经发射驱动电路、通道切换电路驱动不同工作频率的所述换能器，同时控制所述直接波形生成器产生一个比发射波频率高的简谐波形传送给所述混频器；从所述换能器采集到的回波经所述回波接收运算放大器放大处理，在所述混频器中与所述简谐波形混合变成一个固定载波频率的信号波，所述固定载波频率的信号波经滤波后送到所述可调增益放大器处理，经双边检波和滤波后由所述数字信号处理器传送到控制电脑处理，得到回波深度值。

进一步，所述通道切换控制电路采用高速高压水银继电器达到快速稳定的多频段通道切换。

进一步，上述测深仪还包括发射电源控制器，所述发射电源控制器的输入端连接数字信号处理器，输出端连接所述发射驱动电路。

进一步，所述数字信号处理器通过所述网卡芯片连接工业控制电脑，通过输入匹配的程序来修改生成的发射波频率。即所述直接波形生成器通过匹配的软件设置来修改生成的发射波频率。

进一步，所述不同频率发射波产生的回波在所述混频器中与所述简谐波形混合变成一个固定载波频率的信号波。更进一步，所述简谐波的频率范围是555KHz-1205KHz；所述固定载波频率的信号波的频率范围是400KHz-500KHz。

本实用新型的多探头多波束测深仪，解决了灵敏度和通道时间片快速切换的问题，在使用不同频率时，将要处理的信号频率都变为一个固定的信号频率，使得处理电路变得简单高效；采用高速高压水银继电器解决了切换速度与高压交流电击穿的问题，可应用在低压或是低速切换。

采用先进的直接数字频率生成技术，使得仪器的发射频率可以通过软件来设置修改，先进的混频技术的引入，使得不同发射频率产生的回波信号都能转换为一个固定的频率信号，整个通道电路也就能处理不同频率的回波信号，让 仪器随时可以接不同频率的换能器。这样整个测深仪通道电路也就能处理不同频率的回波信号，其混频电路处理信号效果好，杂波干扰少，让仪器随时可以匹配连接不同频率的换能器。所述测深仪进一步采用乘法双边检波技术，能大大提高探测接收电路的灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的测深仪结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种多探头多波束测深仪，其包括：网络输入输出模块，即网卡芯片1连接数字信号处理器(DSP)2的命令输入端、所述数字信号处理器2的第一输出端依次连接直接波形生成器(DDS)3、发射脉宽控制器4、发射驱动电路5、通道切换控制电路6、换能器20、回波接收运算放大器7、混频器8，所述数字信号处理器的第二输出端依次连接时间变化增益控制电路13、可调增益放大器10；所述直接波形生成器的输出端还直接连接所述混频器8输入端；所述混频器的输出端依次连接带通滤波器9、所述可调增益放大器10、双边检波电路11、低通滤波电路12、所述数字信号处理器2的数据输入端。

作为一种实施方式，上述测深仪还包括发射电源控制器14，所述发射电源控制器14的输入端连接数字信号处理器2，输出端连接所述发射驱动电路5。

在实际应用中，所述高灵敏度数字测深仪外接工业控制电脑15，通过工业控制电脑的系统软件来修改调整发射频率，而不是通过调节电路元件的物理参数来修改发射波频率。使得仪器的发射频率可以通过软件来设置修改，大大增加了使用的方便性和应用频段，连接不同频率的探头。

所述测深仪的工作流程如下：

工业控制电脑上的测深控制软件通过测深仪网卡LAN端口发送测深UDP命令包给数字信号处理器(DSP)，数字信号处理器根据UDP命令包中所含的信 息(比如：量程、发射频率、发射脉宽、增益值、门槛等信息)控制直接波形生成器产生发射波频率，经过发射脉宽控制器产生相应宽度的脉冲信号控制驱动发射电路，再经通道切换控制电路选择不同频段通道驱动相应换能器；直接波形生成器在发射脉宽控制完成后就开始生成一个比发射波频率高455KHz的简谐波形送给混频器。所述数字信号处理器还通过控制数模转换芯片产生幅值可变的模拟信号调节可调增益放大器的增益放大倍数，进行TVG控制处理。

探测的回波经过换能器压电变换后输出微弱的电信号，经过一级放大后进入混频器中与直接波形生成器产生的比回波信号频率高455KHz的简谐波信号作减频处理，不同频率的回波信号就统一变成一个固定载波频率为455KHz的信号波，经过混频器处理后的455KHz的信号波再通过一个中心频率为455KHz的陶瓷带通滤波器和运算放大电路，滤波后的信号再经过两级可调增益放大器放大与滤波处理，使回波信号得到幅度合适的波形，最后经过双边检波与低通滤波后送到数字信号处理器的模数转换输入端，经过数字信号处理器量化与编码后通过网卡芯片的LAN端口将波形数据传送到工业控制电脑，工业控制电脑里的匹配软件通过解码与计算后得到回波深度值。每一次发射接收完后切换到下一个频段通道循环。

需要说明的是，上述实施例中简谐波的频率范围是555KHz-1205KHz；上述固定载波频率的信号波的频率范围是400KHz-500KHz。取所述655K简谐波和200K信号波的频率只是一种实施方式，频率还可取其它数值，这不能限定本实用新型之权利中采用混频技术的保护范围。

本实用新型实施例采用先进的直接数字频率生成技术，使得仪器的发射频率可以通过软件来设置修改，先进的混频技术的引入，使得不同发射频率产生的回波信号都能转换为一个固定的频率信号，整个通道电路也就能处理不同频率的回波信号，让仪器随时可以接不同频率的换能器。这样整个测深仪通道电路也就能处理不同频率的回波信号，其混频电路处理信号效果好，杂波干扰少，让仪器随时可以匹配连接不同频率的换能器。所述测深仪进一步采用乘法双边检波技术，能大大提高探测接收电路的灵敏度。

以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种多探头多波束测深仪，包括数字信号处理器、直接波形生成器、时间变化增益控制电路，其特征在于：一个网卡芯片连接数字信号处理器的命令输入端、所述数字信号处理器的第一输出端依次连接直接波形生成器、发射脉宽控制器、发射驱动电路、通道切换控制电路、换能器、回波接收运算放大器、混频器的第一输入端，所述数字信号处理器的第二输出端依次连接时间变化增益控制电路、可调增益放大器；所述直接波形生成器的输出端还直接连接所述混频器的第二输入端；所述混频器的输出端依次连接带通滤波器、所述可调增益放大器、双边检波电路、低通滤波电路、所述数字信号处理器的数据输入端。

2.根据权利要求1所述的多探头多波束测深仪，其特征在于，所述通道切换控制电路采用高速高压水银继电器。

3.根据权利要求1所述的多探头多波束测深仪，其特征在于，还包括发射电源控制器，所述发射电源控制器的输入端连接数字信号处理器，输出端连接所述发射驱动电路。

4.根据权利要求1或2所述的多探头多波束测深仪，其特征在于，所述数字信号处理器通过所述网卡芯片外接工业控制电脑，通过输入匹配的程序来修改生成的发射波频率。

5.根据权利要求1或2所述的多探头多波束测深仪，其特征在于，所述不同频率发射波产生的回波在所述混频器中与所述简谐波形混合变成一个固定载波频率的信号波。

6.根据权利要求5所述的多探头多波束测深仪，其特征在于，所述简谐波的频率范围是555KHz-1205KHz；所述固定载波频率的信号波的频率范围是400KHz-500KHz。

Images