CN206114103U - 一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，属于声速测量、仪器仪表领域。具体来说该装置由纯水机、标准环境水槽、检测设备水槽、环境控制设备、环境状态监测设备、声速仪数据采集设备和控制计算机组成。该设备主要用于自动、精确地控制声速仪的测试环境，并结合纯水中声速公式计算声速的理论参考值，从而自动检测、标校被测声速仪。该装置可广泛应用于水中声速测量仪生产过程中的声速测量参数标校、出厂检测以及声速仪使用过程中的声速测量精度的检测和校准等多个领域。

Description

一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置

技术领域

本实用新型涉及的是声学测量、仪器仪表领域，更确切地说，涉及一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，广泛应用于水中声速测量仪的生产、检测、校准等多个领域。

背景技术

水中声速作为所有声纳设备的一个重要参数在海洋调查、水下工程、水下测绘、水下导航定位等诸军事、民用领域都作为必要基础参数进行测量。声速测量仪作为声速测量的基础仪器，其测量精度直接关系到相关声纳设备的测量精度和探测效果。

作为基础物理参数之一的水中声速，其范围一般在1400米/秒至1600米/秒之间，主要与水中的温度、盐度和水压力三个基础物理参数相关，因此一种通过测量水中的温度、盐度和水压力三个物理参数，再通过关系式反算水中声速的方法被提出，并得到了较长时间的应用，这种测量方法被称为间接测量法。另外一种基于解析表达式，声速V＝D/T的声速测量方式叫直接测量法。直接法声速测量是以测量某一固定距离D之间声波传播所需要的时间T为基础的。由于水中声速的变化与声波的频率无关，所以直接测量法几乎不受水体环境影响，可以直接反映出当前环境的声速值，因此，直接测量法声速仪目前得到了更广泛的应用。

直接测量法声速仪的基本理原理和方法是在固定声波传播距离D的情况下，计算测量声波在水中的传播时间T，从而利用公式计算声速。但是由于不同的产品在生产过程中仪器所能控制的距离D和所测量的时间都存在误差，而且不同设备之间的差别都不尽相同，因此需要在产品出厂前进行声速的标定，而且在使用过程中也需要定期对声速仪进行检测和标定以确保声速测量的准确性。

中华人民共和国海洋行业标准《HY/T 101-2007海水声速仪检测方法》中给出了利用标准海水和通过温度、盐度和压力三个参数计算海水中声速，并以此为据对声速仪进行检测的方法。利用此方法能够得到最高±0.20米/秒的声速检测精度。

随着各种声纳设备的升级，对声速测量的精度也提出了越来越高的要求，高精度的水中声速测量装置也在相关领域技术提升方面起着至关重要的作用。由于目前很多高精度声速仪的标称测量精度可达到±0.03米/秒，基于海水检测的声速仪精度只能达到±0.2米/秒精度等级，已经不能满足对高精度声速仪检测的需要，因此，必须采取更有效的、更自动化的声速仪检测设备和方法。

提高声速仪标校、检测精度的关键是采用更高精度的声速参考标准。基于纯水的理论声速值测量研究已在全球范围内广泛开展，目前公认精度较高的纯水中的声速公式是Bilaniuk和Wong所提出的三个纯水声速公式。

112点公式：

36点公式：

148点公式：

其中148点公式在0-100℃的大气压环境下，声速拟合精度都能达到0.02米/秒的精 度，而且在纯水和大气压环境下声速只与温度有关，因此采用纯水进行声速仪的标校和检测将大大减小环境因素引起的误差，从而大大提高检测设备的精度。

发明内容

鉴于此，本实用新型公开了一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，该装置由纯水机(101)、标准环境水槽(105)、检测设备水槽(104)、环境控制设备(106、107、108)、环境状态监测设备(112、113)、测试环境控制终端(109)、声速仪数据采集设备(110)和控制计算机(111)组成；其中纯水机(101)与标准环境水槽(105)通过纯水进水管路(102)和纯水回水管路(103)相连，检测设备水槽(104)置于标准环境水槽(105)。

本实用新型所公开的一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其环境控制设备包括置于标准环境水槽(105)内部的加热设备(106)、制冷设备(107)和水循环设备(108)组成。

本实用新型所公开的一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其环境状态监测设备为置于检测设备水槽(104)内的高精度温度传感器(112)和高精度电导率传感器(113)组成。

本实用新型所公开的一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其纯水机(101)、加热设备(106)、制冷设备(107)、水循环设备(108)均通过控制电缆分别与测试环境控制终端(109)相连；高精度温度传感器(112)和高精度电导率传感器(113)均通过数据电缆与测试环境控制终端(109)相连；测试环境控制终端(109)通过通信电缆与控制计算机(111)相连。

本实用新型所公开的一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其置于检测设备水槽(104)内的待测声速仪(114)分别通过数据电缆与声速仪数据采集设备(110)相连，声速仪数据采集设备(110)通过通信电缆与控制计算机(111)相连。

本实用新型所公开的一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其测试环境控制终端(109)由微处理器(201)以及通过控制总线与微处理器(201)分别相连的纯水机控制接口电路(202)、加热设备控制接口电路(203)、制冷设备控制接口电路(204)和水循环设备控制接口电路(205)，通过数据总线与微处理器(201)分别相连的高精度温度传感器数据采集电路(206)、高精度电导率传感器数据采集电路(207)以及主控计算机通信接口电路(208)组成。

本实用新型所公开的一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，声速仪的检测标校流程为，控制计算机(111)将检测设备水槽(104)的设置温度通过通信电缆传入测试环境控制终端(109)，测试环境控制终端(109)根据所设定的温度参数和高精度温度传感器(112)测得的检测设备水槽(104)内的实际温度控制加热设备(106)或制冷设备(107)工作，同时启动水循环设备(108)使标准环境水槽(105)和检测设备水槽(104)充分流动实现温度均匀；测试环境控制终端(109)根据高精度电导率传感器(113)的测量结果启动纯水机(101)，纯水机(101)生成的纯水通过纯水进水管路(102)注入标准环境水槽(105)，同时受环境污染的非纯水通过纯水回水管路(103)再次进入纯水机(101)进行处理；测试环境控制终端(109)控制加热设备(106)和制冷设备(107)使检测设备水槽(104)的温度保持恒定在设置温度；在恒定温度的纯水环境下，声速仪数据采集设备(110)记录待测声速仪(114)的测量声速值，并将测量结果传送给控制计算机(111)，控制计算机(111)结合参考纯水声速公式计算出每个待测声速仪(114)的在当前温度下的测量误差和修正参数；控制计算机(111)通过设置不同的温度参数，测定出一组不同温度下每个待测声速仪(114)测量误差和修正参数并生成测量误差表和修正参数表，从而完成对每个待测声速仪(114)检测和标定。

本实用新型所公开的一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置其优点在于测试环境控制终端(109)通过对纯水机(101)、加热设备(106)、制冷设备(107)、水循环 设备(108)、高精度温度传感器(112)和高精度电导率传感器(113)的自动综合控制，在检测设备水槽(104)内形成一个恒温的纯水环境，从而使利用纯水理论声速拟合公式进行声速仪检测和标校成为可能，同时通过控制计算机(111)程序的自动控制，完成不同温度点的声速仪检测和标校，大大节省时间和人力成本，有效的提高了生产厂家声速仪的出厂标校和检测机构批量检测的工作效率。

由此可见，本实用新型设计新颖、技术含量高、易于实现且成本可控，非常适合于水中声速测量仪的生产、检测、校准等多个领域应用。

附图说明

为了使本实用新型的内容更利于相关专业技术人员理解，下面对附图进行简单说明。

图1为本实用新型所述的水中声速测量仪声速自动检测与标校装置的组成框图。

图2为本实用新型所述的水中声速测量仪声速自动检测与标校装置中测试环境控制终端的组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型一种较佳的具体实施例对本实用新型作进一步说明。

作为本实用新型的一种较佳施例，该水中声速测量仪声速自动检测与标校装置中纯水机(101)采用VE-D系列实验室超纯水机，所生成超纯水的电阻率为18.25MΩ；标准环境水槽(105)和检测设备水槽(104)均采用316L不锈钢材质制成的长方形水槽，其中标准环境水槽(105)的尺寸为长700mm宽500mm深400mm且外部有保温材料整体包裹，检测设备水槽(104)的尺寸为长500mm宽400mm深300mm，且检测设备水槽(104)内设有声速仪支撑架。

作为本实用新型的一种较佳施例，该水中声速测量仪声速自动检测与标校装置中安装于标准环境水槽(105)内侧的加热设备(106)采用2300瓦电加热管，制冷设备(107)采用风冷式全封闭压缩机组，制冷量为2000瓦；水循环设备(108)采用搅拌式水泵，最大流量30升/分，最高扬程18米；加热设备(106)、制冷设备(107)和水循环设备(108)均采用继电器开关控制方式控制工作，纯水机(101)采用RS232远程指令控制；高精度温度传感器(112)采用准确度等级为一等的铂电阻温度计，四支独立的温度传感器分别放置于检测设备水槽(104)内的四角，高精度电导率传感器(113)采用SAL系列高精度电导率传感器，电导率传感器安装于靠近纯水回水管路(103)的位置。

作为本实用新型的一种较佳施例，该水中声速测量仪声速自动检测与标校装置中测试环境控制终端(109)中的微处理器(201)选用低功耗微控制器STM32F103CBT6完成基于PID算法的恒温控制，确保检测设备水槽(104)内的四支独立的温度传感器的温度偏差不大于0.05℃。

作为本实用新型的一种较佳施例，该水中声速测量仪声速自动检测与标校装置中声速仪数据采集设备(110)通过RS232接口与待测声速仪(114)进行接口通信，并通过以太网接口将声速测量数据上传到控制计算机(111)。

作为本实用新型的一种较佳施例，该水中声速测量仪声速自动检测与标校装置中控制计算机(111)通过程序设置不同的温度点进行声速仪的检测和标校。一种用于标校的温度点设置方式为0℃、2.5℃、5℃、7.5℃、10℃、12.5℃、15℃、17.5℃、20℃、22.5℃、25℃、27.5℃、30℃、32.5℃、35℃、37.5℃、40℃、42.5℃、45℃、47.5℃、50℃；一种用于检测的温度点设置方式为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃。

以上所述仅为实用新型的一种较佳可行施例，所述实施例并非用以限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所做的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其特征在于该装置由纯水机(101)、标准环境水槽(105)、检测设备水槽(104)、环境控制设备、环境状态监测设备、测试环境控制终端(109)、声速仪数据采集设备(110)和控制计算机(111)组成；其中纯水机(101)与标准环境水槽(105)通过纯水进水管路(102)和纯水回水管路(103)相连，检测设备水槽(104)置于标准环境水槽(105)。

2.如权利要求1所述的水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其特征在于环境控制设备包括置于标准环境水槽(105)内部的加热设备(106)、制冷设备(107)和水循环设备(108)组成。

3.如权利要求1所述的水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其特征在于环境状态监测设备为置于检测设备水槽(104)内的高精度温度传感器(112)和高精度电导率传感器(113)组成。

4.如权利要求1所述的水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其特征在于纯水机(101)、加热设备(106)、制冷设备(107)、水循环设备(108)均通过控制电缆分别与测试环境控制终端(109)相连；高精度温度传感器(112)和高精度电导率传感器(113)均通过数据电缆与测试环境控制终端(109)相连；测试环境控制终端(109)通过通信电缆与控制计算机(111)相连。

5.如权利要求1所述的水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其特征在于置于检测设备水槽(104)内的待测声速仪(114)分别通过数据电缆与声速仪数据采集设备(110)相连，声速仪数据采集设备(110)通过通信电缆与控制计算机(111)相连。

6.权利要求1所述的水中声速测量仪声速自动检测与标校装置，其特征在于测试环境控制终端(109)由微处理器(201)以及通过控制总线与微处理器(201)分别相连的纯水机控制接口电路(202)、加热设备控制接口电路(203)、制冷设备控制接口电路(204)和水循环设备控制接口电路(205)，通过数据总线与微处理器(201)分别相连的高精度温度传感器数据采集电路(206)、高精度电导率传感器数据采集电路(207)以及主控计算机通信接口电路(208)组成。