CN207007319U - 存储式吊放探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种探头，尤其是一种存储式吊放探头，属于水中声速梯度测量的技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，所述存储式吊放探头，包括探头壳体；还包括用于测量探头壳体所在深度压力的压力传感器以及用于测量探头壳体所在深度声速的声速测量装置，所述声速测量装置、压力传感器均与探头壳体内的深度声速信号电路连接，所述深度声速信号电路与处理存储通讯电路连接，所述处理存储通讯电路根据深度声速信号电路传输的声速信号、深度信号分别确定对应的声速值、深度值，并将得到的声速值、深度值进行存储。本实用新型结构紧凑，能实现探头内数据的处理与存储，使用操作方便，测量深度大，使用寿命长，自动化程度高，安全可靠。

Description

存储式吊放探头

技术领域

本实用新型涉及一种探头，尤其是一种存储式吊放探头，属于水中声速梯度测量的技术领域。

背景技术

声波比电磁波更适合在水中传播，因此，水下探测主要以声波作为载体。如果介质均匀，则声波以直线方式传播，但是作为水声探测的介质，海洋湖泊河流等自然水域中的水的温度、盐度、密度等参数都是不均匀的，因此导致这些水域中声速是不均匀的。根据自然水域的特性，某一时刻某一区域的声速近似地看作是水深的函数，也就是说声速仅随深度而变化，声速在同一水深的平面层上是相等的，这体现了水域的垂直分层特性。

声线轨迹仪是水文测量设备，有两个功能：1）、用于测量、显示和保存水中深度—声速曲线（声速剖面仪）；2）、用来计算、显示和记录处于不同深度，具有不同俯仰角及波束开角的声源的声线轨迹。它为声纳探测提供非常有效的信息，同时为预报声纳作用距离积累水文资料。

现在经常使用的深度-声速测量设备有某些型号温深仪，以及直接测量法的声速剖面仪，例如HY1200。温深仪是根据水域中的水温，通过经验公式进行推算，得出水中声速，此类方法只能估算，因为水中声速还会受到盐度，密度等其他参数的影响。直接测量法声速剖面仪普遍在结构上小而轻，没有完整的吊放系统，抵御水流的能力差，耐压差，能耗较高，标校难度大，采集数据冗杂，只能实时读取，不能在探头内处理存储等缺点。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种存储式吊放探头，其结构紧凑，能实现探头内数据的处理与存储，使用操作方便，测量深度大，使用寿命长，自动化程度高，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述存储式吊放探头，包括探头壳体；还包括用于测量探头壳体所在深度压力的压力传感器以及用于测量探头壳体所在深度声速的声速测量装置，所述声速测量装置、压力传感器均与探头壳体内的深度声速信号电路连接，所述深度声速信号电路与处理存储通讯电路连接，所述处理存储通讯电路根据深度声速信号电路传输的声速信号、深度信号分别确定对应的声速值、深度值，并将得到的声速值、深度值进行存储。

还包括用于测量开启控制的启动触发装置，所述启动触发装置输出启动信号后，深度声速信号电路才能将声速信号、深度信号传输至处理存储通讯电路内，处理存储通讯电路才能根据接收的声速信号、深度信号计算得到并存储相应的声速值、深度值；所述处理存储通讯电路还与用于将存储的声速值、深度值传输输出的数据传输电路。

所述启动触发装置包括遇水自动开关、手动开关以及电源电子开关，所述遇水自动开关、手动开关的一端均与电源电子开关的控制端连接，遇水自动开关、手动开关的另一端均与探头壳体电连接，电源电子开关的一连接端与探头壳体内可充电电池组的正极端连接，电源电子开关的另一端与深度声速信号电路、处理存储通讯电路相应的电源端连接；当且仅当遇水自动开关和/或手动开关闭合后，可充电电池组通过电源电子开关能对深度声速信号、处理存储通讯电路供电。

所述深度声速信号电路包括与压力传感器连接的仪表放大器以及与声速测量装置连接的放大电路；

所述仪表放大器与V/F变换器连接，V/F变换器输出深度信号；放大电路通过激发电路、发射电路与多谐振荡器连接，多谐振荡器输出声速信号。

所述处理存储通讯电路包括用于接收深度信号的第一光耦电路以及用于接收声速信号的第二光耦电路，所述第一光路电路通过第一分频电路与第一计数电路连接，第二光耦电路通过第二分频电路与第二计数电路连接，第一计数电路、第二计数电路均与处理存储控制器连接。

还包括电子模拟开关，所述电子模拟开关包括选择电子开关K1以及选择电子开关K2，选择电子开关K1的第一输入静端与第一光耦电路的输出端连接，选择电子开关K1的第二输入静端与时钟发生电路的输出端连接，选择电子开关K1的输出端与第一分频电路连接，选择电子开关K1的选择控制端与处理存储控制器连接；

选择电子开关K2的第一输入静端与第二光耦电路的输出端连接，选择电子开关K2的第二输入静端与时钟发生电路的输出端连接，选择电子开关K2的输出端与第二分频电路连接，选择电子开关K2的选择控制端与处理存储控制器连接；

时钟发生电路还分别与第一计数电路以及第二计数电路连接。

所述处理存储控制器包括单片机，处理存储控制器还与具有存储能力的串行存储电路连接，处理存储控制器还通过RS232电路与热插拔保护电路连接。

所述数据传输电路包括蓝牙模块、红外模块、WIFI模块和、USB接口或RS232接口。

所述探头壳体呈圆柱状，声速测量装置通过保护框安装于探头壳体的尾部，所述声速测量装置包括与保护框固定连接的声程架以及安装于所述声程架上的换能器与反射体。

所述压力传感器安装于探头壳体的侧壁，并利用多孔透水保护罩进行遮挡；探头壳体的头端还设有顶封盖以及把手，所述把手上栓有钢丝绳。

所述深度声速信号电路、处理存储通讯电路分别设置于探头壳体内的深度声速信号电路板、处理存储通讯电路板上。

本实用新型的优点：深度声速信号电路利用压力传感器能得到探头壳体所在的深度信号，利用声速测量装置能得到探头壳体所在深度的声速信号，处理存储通讯电路根据深度声速信号电路的深度信号、声速信号能分别确定深度值、声速值，并进行关联存储，以便进行后续的读取，能实现探头内数据的处理与存储，使用操作方便，测量深度大，使用寿命长，自动化程度高，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的结构框图。

图3为本实用新型深度声速信号电路的结构框图。

图4为本实用新型处理存储通讯电路的结构框图。

附图标记说明；1-钢丝绳、2-把手、3-顶封盖、4-可充电电池组、5-遇水自动开关、6-声速测量装置、7-压力传感器、8-探头壳体、9-深度声速信号电路板、10-处理存储通讯电路板、11-保护框、12-深度声速信号电路、13-处理存储通讯电路、14-手动开关、15-接口插座、16-仪表放大器、17-V/F变换器、18-放大电路、19-激发电路、20-发射电路、21-多谐振荡器、22-稳压块、23-升压电路、24-第一光耦电路、25-第二光耦电路、26-时钟发生电路、27-电子模拟开关、28-第一分频电路、29-第二分频电路、30-第一计数电路、31-第二计数电路、32-+5V稳压块、33-处理存储控制器、34-串行存储电路、35-RS232 电路、36-热插拔保护电路以及37-电源电子开关。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示：为了能实现探头内数据的处理与存储，提高使用操作的便捷性，延长使用寿命，本实用新型包括探头壳体8；还包括用于测量探头壳体8所在深度压力的压力传感器7以及用于测量探头壳体8所在深度声速的声速测量装置6，所述声速测量装置6、压力传感器7均与探头壳体8内的深度声速信号电路12连接，所述深度声速信号电路12与处理存储通讯电路13连接，所述处理存储通讯电路13根据深度声速信号电路12传输的声速信号、深度信号分别确定对应的声速值、深度值，并将得到的声速值、深度值进行存储。

具体地，深度声速信号电路12以及处理存储通讯电路13均密封于探头壳体8内，探头壳体8置于水中时，深度声速信号电路12以及处理存储通讯电路13跟随探头壳体8同步运动。利用压力传感器7检测探头壳体8所在深度的压力，利用液体中压力与深度的关系，深度声速信号电路12能根据压力传感器7的压力值得到相应的深度信号；同时，利用声速测量装置6测量探头壳体8所在深度的声波信号，深度声速信号电路12能根据声波信号得到声速信号。处理存储通讯电路13根据深度声速信号电路12传输的声速信号、深度信号分别确定对应的声速值、深度值；在由处理存储通讯电路13进行存储且探头壳体8回到液面上时，可以读取处理存储通讯电路13内的声速值、深度值。一般地，在处理存储通讯电路13内探头壳体8所在的深度值以及与所述深度值对应的声速值关联存储，确保后续数据的准确性，提高使用操作的便捷性。

具体实施时，所述探头壳体8呈圆柱状，声速测量装置6通过保护框11安装于探头壳体8的尾部，所述声速测量装置6包括与保护框11固定连接的声程架以及安装于所述声程架上的换能器与反射体。

本实用新型实施例中，探头壳体8整体呈圆柱状，保护框11位于探头壳体8的尾部，保护框11的长度方向与探头壳体8的长度方向相一致，声速测量装置6位于保护框11内，其中，声速测量装置6的声程架固定在保护框11内，换能器以及反射体安装于声程架上，换能器、反射体在声程架进行配合。换能器经发射电路电磁脉冲激发产生声脉冲，声脉冲传播到反射体，经反射体反射后反射回换能器，以形成电信号，所述形成的声波电信号传输至深度声速信号电路12内，以由深度声速信号电路12处理后得到声速信号。换能器、反射体间的具体安装配合以及对应的工作过程均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

此外，所述压力传感器7安装于探头壳体8的侧壁，并利用多孔透水保护罩进行遮挡；探头壳体8的头端还设有顶封盖3以及把手2，所述把手2上栓有钢丝绳1。

本实用新型实施例中，压力传感器7安装于探头壳体8的侧壁内，利用透水保护罩进行遮挡保护，利用压力传感器7能检测探头壳体8所在水中的压力，根据所述压力值，深度声速信号电路12计算能得到深度信号，具体根据液体中压力值与深度值的关系为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。顶封盖3可以与探头壳体8采用可拆卸连接，把手2套在探头壳体8上，通过把手2能方便移动或拿取探头壳体8，在把手2上连接钢丝绳1后，能便于通过钢丝绳1将探头壳体8吊放在所需的液体中。具体实施时，所述深度声速信号电路12、处理存储通讯电路13分别设置于探头壳体8内的深度声速信号电路板9、处理存储通讯电路板10上。

进一步地，还包括用于测量开启控制的启动触发装置，所述启动触发装置输出启动信号后，深度声速信号电路12才能将声速信号、深度信号传输至处理存储通讯电路13内，处理存储通讯电路13才能根据接收的声速信号、深度信号计算得到并存储相应的声速值、深度值；所述处理存储通讯电路13还与用于将存储的声速值、深度值传输输出的数据传输电路。

本实用新型实施例中，利用启动触发装置来开启或关闭整个探头的测量状态，只有当启动触发装置被触发并输出启动信号后，深度声速信号电路12才能将声速信号、深度信号传输至处理存储通讯电路13内，处理存储通讯电路13才能根据接收的声速信号、深度信号计算得到并存储相应的声速值、深度值，利用启动触发装置，能延长使用寿命，避免在测量状态的损耗以及非测量状态下的数据产生。

处理存储通讯电路13通过数据传输电路能将存储的声速值、深度值向外传输，所述数据传输电路包括蓝牙模块、红外模块、WIFI模块和、USB接口或RS232接口。通过蓝牙模块、红外模块、WIFI模块等可以实现数据的无线传输，通过USB接口或RS232可以实现数据的直接传输，具体可以根据需要进行选择。当采用USB接口或RS232接口时，处理存储通讯电路13可以与对应的接口插座15连接，利用接口插座15与外部的读取设备连接。数据传输电路的具体实现形式可以根据需要进行选择，只要能满足数据传输的需求即可，此处不再赘述。

所述启动触发装置包括遇水自动开关5、手动开关14以及电源电子开关37，所述遇水自动开关5、手动开关14的一端均与电源电子开关37的控制端连接，遇水自动开关5、手动开关14的另一端均与探头壳体8电连接，电源电子开关37的一连接端与探头壳体8内可充电电池组4的正极端连接，电源电子开关37的另一端与深度声速信号电路12、处理存储通讯电路13相应的电源端连接；当且仅当遇水自动开关5和/或手动开关14闭合后，可充电电池组4通过电源电子开关37能对深度声速信号12、处理存储通讯电路13供电。

本实用新型实施例中，可充电电池组4密封于探头壳体8内，可充电电池组4可由12节1.2V电压、2400mAH容量的5号镍氢可充电电池组成，输出电压为7.2V，总容量为4800mAH。遇水自动开关5设置于探头壳体8的侧壁，遇水自动开关5在探头壳体8内与压力传感器7正对应，遇水自动开关5以及压力传感器7均采用内嵌的方式安装于探头壳体8内。当将探头壳体8置于液体或水内后，液体或水进入遇水自动开关5后，遇水自动开关5能自动闭合。手动开关14需要手动控制对应的开关状态。手动开关14以及接口插座15均设置于探头壳体8的头端，并利用顶封盖3进行密封；顶封盖3与探头壳体8分离时，能控制手动开关14处于断开状态或闭合状态，顶封盖3密封后不会影响手动开关14以及接口插座15的当前状态以及正常使用。

通过遇水自动开关5、手动开关14能能实现电源电子开关37的闭合状态进行控制，电源电子开关37闭合后，可充电电池组4才能对深度声速信号12以及处理存储通讯电路13供电，避免在非测量或其他状态下可充电电池组4能量的不必要消耗。具体地，当遇水自动开关5以及手动开关14闭合时，电源电子开关37的控制端被置为低电平，电源电子开关37可以采用MOS管等可控开关管实现。

如图3所示，所述深度声速信号电路12包括与压力传感器7连接的仪表放大器16以及与声速测量装置6连接的放大电路18；

所述仪表放大器16与V/F变换器17连接，V/F变换器17输出深度信号；放大电路18通过激发电路19、发射电路20与多谐振荡器21连接，多谐振荡器21输出声速信号。

本实用新型实施例中，压力传感器7将水压转换为直流电平，经仪表放大器16放大后，再通过V/F变换器17变换为相应频率的脉冲信号，所述脉冲信号即为深度信号。仪表放大器16、V/F变换器17均可以采用现有常用的结构形式，具体处理得到深度信号的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

放大电路18能对声速测量装置6输出的声波电信号进行放大，激发电路19以及发射电路20能再次激发换能器产生声脉冲，不断循环，与此同时，多谐振荡器21产生与声脉冲同周期的方波信号，所述方波信号即为声速信号。激发电路10、发射电路20以及多谐振荡器21均可以采用本技术领域常用的结构形式，只要能实现上述工作目的即可，此处不再赘述。

此外，在深度声速信号电路12内还包括对应的深度声速信号电路电源模块，所述深度声速信号电源模块包括稳压块22以及升压电路23，稳压块22通过电源电子开关37与可充电电池组4连接，升压电路23主要输出±14V电压，以满足深度声速信号电路12的工作需要，稳压块22、升压电路23具体均可以采用现有的电路形式，此处不再赘述。

如图4所示，所述处理存储通讯电路13包括用于接收深度信号的第一光耦电路24以及用于接收声速信号的第二光耦电路25，所述第一光路电路24通过第一分频电路28与第一计数电路30连接，第二光耦电路25通过第二分频电路29与第二计数电路31连接，第一计数电路30、第二计数电路31均与处理存储控制器33连接。

本实用新型实施例中，还包括电子模拟开关27，所述电子模拟开关27包括选择电子开关K1以及选择电子开关K2，选择电子开关K1的第一输入静端与第一光耦电路24的输出端连接，选择电子开关K1的第二输入静端与时钟发生电路26的输出端连接，选择电子开关K1的输出端与第一分频电路28连接，选择电子开关K1的选择控制端与处理存储控制器33连接；

选择电子开关K2的第一输入静端与第二光耦电路25的输出端连接，选择电子开关K2的第二输入静端与时钟发生电路26的输出端连接，选择电子开关K2的输出端与第二分频电路29连接，选择电子开关K2的选择控制端与处理存储控制器33连接；时钟发生电路26还分别与第一计数电路30以及第二计数电路31连接。

具体地，深度信号经第一光耦电路24到达选择电子开关K1，声速信号经第二光耦电路25到达选择电子开关K2。时钟发生电路26除了产生计时脉冲外，还产生用于自检的声速模拟信号和深度模拟信号，即处理存储控制器33通过时钟发生电路26与选择电子开关K1、选择电子开关K2、第一分频电路28、第二分频电路29、第一计数电路30以及第二计数电路31能进行自检的操作。

通过处理存储控制器33来选择深度信号、声速信号或时钟信号作为电子模拟开关27的输出。选择电子开关K1输出的深度信号经第一分频电路28进行2分频运算，在2分频运算后进入第一计数电路30的使能端，时钟发生电路26输出的计时脉冲在加载到第一计数电路30信号的正半周期进行计数；选择电子开关K2输出声速声速信号经第二分频电路29进行96分频运算，在96分频运算后进入第二计数电路31的使能端，时钟发生电路26输出的计时脉冲在加载到第二计数电路31信号的正半周期进行计数。处理存储控制器33分别读取第一计数电路30、第二计数电路31的计数值，然后通过计算得到深度值、声速值，并进行存储。

所述处理存储控制器33包括单片机，处理存储控制器33还与具有存储能力的串行存储电路34连接，处理存储控制器33还通过RS232电路35与热插拔保护电路36连接。本实用新型实施例中，通过RS232电路35以及热插拔保护电路36能满足处理存储控制器33进行所需的RS232通讯。此外，在处理存储通讯电路13内还包括+5V稳压模块32，利用+5V稳压模块32提供处理存储通讯电路13内所需的供电需求。

具体工作时，吊放探头可与带有钢丝绳的绞车配合使用，将整个探头放置于水下的过程可以包括如下步骤：

a）、接到吊放准备命令，卸下舷窗门；

b）、检查顶封盖3的防脱绳是否穿到位；

c）、将吊放探头挂在绞车吊臂上，并推出舷窗外；

d）、待船完全停下，处于漂泊状态时，接通绞车电源；

e）、根据吊放放绳要求，设置缆绳预定长度，选择绞车工作方式，以0.5m/s或1m/s的速度下放；

f）、在吊放过程中，注意观察吊放缆绳的偏向，如果遇到海流将吊放探头冲向船底，应立即停止放缆并快速回升（1m/s）；

情况正常时，放绳达到预定值，停止放缆并快速上升，注意观察，当探头快要露出水面时，转为慢速上升（0.5m/s），看到探头出水面，停止上升。

本实用新型实施例中，声速测量的范围为1400 m/s～1600 m/s，精度为0.1m/s（R.M.S），深度测量范围为0 m～300 m，深度测量精度为0.1 m（R.M.S）。

Claims (9)

1.一种存储式吊放探头，包括探头壳体（8）；其特征是：还包括用于测量探头壳体（8）所在深度压力的压力传感器（7）以及用于测量探头壳体（8）所在深度声速的声速测量装置（6），所述声速测量装置（6）、压力传感器（7）均与探头壳体（8）内的深度声速信号电路（12）连接，所述深度声速信号电路（12）与处理存储通讯电路（13）连接，所述处理存储通讯电路（13）根据深度声速信号电路（12）传输的声速信号、深度信号分别确定对应的声速值、深度值，并将得到的声速值、深度值进行存储。

2.根据权利要求1所述的存储式吊放探头，其特征是：还包括用于测量开启控制的启动触发装置，所述启动触发装置包括遇水自动开关（5）、手动开关（14）以及电源电子开关（37），所述遇水自动开关（5）、手动开关（14）的一端均与电源电子开关（37）的控制端连接，遇水自动开关（5）、手动开关（14）的另一端均与探头壳体（8）电连接，电源电子开关（37）的一连接端与探头壳体（8）内可充电电池组（4）的正极端连接，电源电子开关（37）的另一端与深度声速信号电路（12）、处理存储通讯电路（13）相应的电源端连接；当且仅当遇水自动开关（5）和/或手动开关（14）闭合后，可充电电池组（4）通过电源电子开关（37）能对深度声速信号（12）、处理存储通讯电路（13）供电。

3.根据权利要求1所述的存储式吊放探头，其特征是：所述深度声速信号电路（12）包括与压力传感器（7）连接的仪表放大器（16）以及与声速测量装置（6）连接的放大电路（18）；

所述仪表放大器（16）与V/F变换器（17）连接，V/F变换器（17）输出深度信号；放大电路（18）通过激发电路（19）、发射电路（20）与多谐振荡器（21）连接，多谐振荡器（21）输出声速信号。

4.根据权利要求1所述的存储式吊放探头，其特征是：所述处理存储通讯电路（13）包括用于接收深度信号的第一光耦电路（24）以及用于接收声速信号的第二光耦电路（25），所述第一光路电路（24）通过第一分频电路（28）与第一计数电路（30）连接，第二光耦电路（25）通过第二分频电路（29）与第二计数电路（31）连接，第一计数电路（30）、第二计数电路（31）均与处理存储控制器（33）连接。

5.根据权利要求4所述的存储式吊放探头，其特征是：还包括电子模拟开关（27），所述电子模拟开关（27）包括选择电子开关K1以及选择电子开关K2，选择电子开关K1的第一输入静端与第一光耦电路（24）的输出端连接，选择电子开关K1的第二输入静端与时钟发生电路（26）的输出端连接，选择电子开关K1的输出端与第一分频电路（28）连接，选择电子开关K1的选择控制端与处理存储控制器（33）连接；

选择电子开关K2的第一输入静端与第二光耦电路（25）的输出端连接，选择电子开关K2的第二输入静端与时钟发生电路（26）的输出端连接，选择电子开关K2的输出端与第二分频电路（29）连接，选择电子开关K2的选择控制端与处理存储控制器（33）连接；

时钟发生电路（26）还分别与第一计数电路（30）以及第二计数电路（31）连接。

6.根据权利要求4或5所述的存储式吊放探头，其特征是：所述处理存储控制器（33）包括单片机，处理存储控制器（33）还与具有存储能力的串行存储电路（34）连接，处理存储控制器（33）还通过RS232电路（35）与热插拔保护电路（36）连接。

7.根据权利要求1所述的存储式吊放探头，其特征是：所述探头壳体（8）呈圆柱状，声速测量装置（6）通过保护框（11）安装于探头壳体（8）的尾部，所述声速测量装置（6）包括与保护框（11）固定连接的声程架以及安装于所述声程架上的换能器与反射体。

8.根据权利要求1所述的存储式吊放探头，其特征是：所述压力传感器（7）安装于探头壳体（8）的侧壁，并利用多孔透水保护罩进行遮挡；探头壳体（8）的头端还设有顶封盖（3）以及把手（2），所述把手（2）上栓有钢丝绳（1）。

9.根据权利要求1所述的存储式吊放探头，其特征是：所述深度声速信号电路（12）、处理存储通讯电路（13）分别设置于探头壳体（8）内的深度声速信号电路板（9）、处理存储通讯电路板（10）上。