CN207972762U - 船舶吃水检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种船舶吃水检测系统，包括外部电源和单波束测深仪，单波束测深仪包括电源电路、DSP处理电路、发射电路、接收电路和换能器，外部电源与电源电路电性连接以为电源电路提供预定范围的电源，电源电路对该预定范围的电源进行转换以分别为DSP处理电路、发射电路、接收电路和换能器提供对应电源值的电源，DSP处理电路和换能器分别与发射电路、接收电路电性连接，DSP处理电路与外部通讯设备进行串口通讯。本申请可以将DSP处理电路得到的测量数据直接发送给外部通讯设备，不再要求单波束测深仪具备保主板和显示屏，简化了其结构，使其具备了低功耗、电源宽范围输入、测量值精确、体积小、操作简易等优点。

Description

船舶吃水检测系统

技术领域

本实用新型属于船舶吃水检测技术领域，涉及一种船舶吃水检测系统。

背景技术

随着江河航运船舶的数量和密度大幅增大，船舶事故对航运的安全威胁日益严重，其中最为严重的就是船舶超吃水问题，由于受利益驱使，一些船商置国家的航运超载禁令不顾，采取谎报船舶吨位、吃水信息，甚至制造假的吃水线、夜间通过浅水区等方法来逃避海事执法部门的检查，致使超载搁浅事故接连发生，这些事故不仅给搁浅船舶直接炒成经济损失，而且还影响了江河航道的正常通行。所以迫切需要一种可以快速准确检测船舶吃水的方案。

目前可能实现离船快速检测的技术方法主要集中在水下摄像、激光扫描和超声波检测等方向。而超声波具有能量聚焦度高、定向性好、传输衰减小、反射性能强、受水质影响小等优点，超声波传感器已广泛用于水下非接触式检测，因此超声波检测就成为吃水离船检测技术方法的首选。

利用超声波传感器测得传感器距水面值和传感器距船底值，两值相减即得到船舶吃水值。该方法需要将超声波传感器组成测量阵列放到水下，实现多点检测，从而提高测量精度。

目前超声波传感器方案主要是通过采用将单波束测深仪往水面打来显示。单波束测深仪主要是通过换能器往水底发射信号来测得水深值，所以传统的单波束测深仪存在体积比较笨重，整机功耗比较高，打水面时测量值虚假值较多，没有组网功能，手工调节的参数较多等缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种船舶吃水检测系统，具体技术方案如下：

一种船舶吃水检测系统，该系统包括外部电源和单波束测深仪，单波束测深仪包括电源电路、DSP处理电路、发射电路、接收电路和换能器，外部电源与电源电路电性连接以为电源电路提供预定范围的电源，电源电路对该预定范围的电源进行转换以分别为DSP处理电路、发射电路、接收电路和换能器提供对应电源值的电源，DSP处理电路和换能器分别与发射电路、接收电路电性连接，DSP处理电路与外部通讯设备进行串口通讯；发射电路将DSP处理电路的控制信号进行处理后加载在换能器上发射出去，接收电路将换能器接收的水底回波处理后输出到DSP处理电路，DSP处理电路将处理之后得到的测量值通过串口通讯传递给外部通讯设备。

本申请引入了串口通讯的方式可以将DSP处理电路得到的测量数据直接发送给外部通讯设备，从而使得单波束测深仪不再要求具备保存测量声图的主板和显示屏，因此简化了单波束测深仪的结构，使单波束测深仪具备了低功耗、电源宽范围输入、测量值精确、体积小、操作简易等优点。

可选的，上述预定范围的电源为9-36V。

可选的，上述电源电路包括防反接器件、5V的DCDC电源模块、24V的DCDC电源模块、15V的DCDC电源模块和±5V的DCDC电源模块，其中：防反接器件的输入端与外部电源电性连接，防反接器件的输出端分别与5V的DCDC电源模块、24V的DCDC电源模块的输入端电性连接，5V的DCDC电源模块将外部电源提供的电源转换为5V电源，24V的DCDC电源模块将外部电源提供的电源转换为24V电源；24V的DCDC电源模块的输出端分别与15V的DCDC电源模块和±5V的DCDC电源模块的输入端电性连接，15V的DCDC电源模块将24V的DCDC电源模块提供的24V的DCDC电源转换为15V电源，±5V的DCDC电源模块将24V的DCDC电源模块提供的24V电源转换为±5V电源；5V的DCDC电源模块为DSP处理电路和发射电路提供5V电源，15V的DCDC电源模块为发射电路提供15V电源，24V的DCDC电源模块为发射电路提供24V电源，±5V的DCDC电源模块为接收电路提供±5V电源。

通过防反接器件的设置，能够对单波束测深仪进行保护，防止在误操作下，外部电源正负极反接时对单波束测深仪中的电路以及器件造成损坏。另外，通过宽范围电源输入电源模块后接窄电源模块，实现了单波束测深仪宽范围电源输入，减少了电源电路的体积。

可选的，防反接器件为二极管，5V的DCDC电源模块为3W的5V的DCDC电源模块，24V的DCDC电源模块为3W的24V的DCDC电源模块。通过选用3W的5V的DCDC电源模块和3W的24V的DCDC电源模块，以分别适用于DSP处理电路、发射电路和接收电路的不同功耗。

可选的，上述发射电路包括充放电电路、波形处理器、全桥电路和阻抗匹配器，其中：24V的DCDC电源模块与充放电电路的输入端电性连接，充放电电路的输出端与全桥电路电性连接；5V的DCDC电源模块、15V的DCDC电源模块与波形处理器的输入端电性连接，波形处理器的输出端与全桥电路的电性连接；DSP处理电路的DSP芯片与波形处理器的输入端电性连接；全桥电路与阻抗匹配器的输入端电性连接，阻抗匹配器的输出端与换能器电性连接；波形处理器将DSP处理电路输出的低压驱动信号进行分频处理，产生两路PWM波，分别驱动全桥电路对角线上的两个MOSFET管。

可选的，充放电电路中选用一个储能电容，该能电容的耐压值为35V，容值为1000uF，体积比较小，进而降低了发射电路的体积。

可选的，波形处理器的型号为UC2706，MOSFET管采用封装为SOT-223的器件。MOSFET管采用了封装为SOT-223的器件，降低了发射电路的体积。

通过去除了传统发射电路中采用的变压器，降低了发射电路的体积和重量。

可选的，上述接收电路包括收发转换电路、隔离耦合电路、前置放大电路、第一带通滤波电路、自动增益控制AGC电路、第二带通滤波电路、后级放大电路和检波电路，其中：收发转换电路与换能器电性连接，收发转换电路、隔离耦合电路、前置放大电路、第一带通滤波电路、AGC电路、第二带通滤波电路、后级放大电路和检波电路依次串联；检波电路的输出端与DSP处理电路的数/模转换芯片电性连接，DSP处理电路的信号输出端与AGC电路电性连接。

通过去除了传统测深仪中的TVG功能，减少了器件及功耗，降低了因为多次回波信号较强而产生的假测量值的可能性。

可选的，上述DSP处理电路包括电源芯片、DSP处理芯片、通讯芯片、模数AD转换芯片、数模DA转换芯片，以及用于存储程序和数据的FLASH芯片，其中：电源芯片的输入端与电源电路的5V的DCDC电源模块相连，电源芯片的输出端与DSP处理芯片的输入端电性相连，DSP处理芯片的输出端与通讯芯片的输入端电性相连，通讯芯片与外部通讯设备进行通讯；FLASH芯片均与DSP处理芯片电性连接；AD转换芯片的输入端与接收电路中检波电路的输出端电性连接以将检波电路输出的模拟回波信号转换为数字信号，AD转换芯片的输出端与DSP处理芯片电性连接以将转换得到的数字信号输出给DSP处理芯片；DA转换芯片的输入端与DSP处理芯片电性连接，以将DSP处理芯片传送来的数字信号转换为模拟信号，模拟信号用于控制接收电路上的自动增益的大小，DSP处理芯片的输出端还与发射电路中波形处理器的输入端电性连接。

可选的，通讯芯片的型号为MAX3160EAP，AD转换芯片的型号为THS1206IDA，DA转换芯片的型号为TLV5614，FLASH芯片的型号为29LV400，DSP处理芯片的型号为TMS320VC5416。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是本申请一个实施例中提供的船舶吃水检测系统的示意图；

图2是本申请一个实施例中提供的电源电路的示意图；

图3是本申请一个实施例中提供的发射电路的示意图；

图4是本申请一个实施例中提供的接收电路的示意图；

图5是本申请一个实施例中提供的DSP处理电路的示意图。

10、外部电源；20、外部通讯设备；30、电源电路；31、防反接器件；32、5V的DCDC电源模块；33、24V的DCDC电源模块；34、15V的DCDC电源模块；35、±5V的DCDC电源模块；40、DSP处理电路；41、电源芯片；42、DSP处理芯片；43、通讯芯片；44、AD转换芯片；45、DA转换芯片；46、FLASH芯片；50、发射电路；51、充放电电路；52、波形处理器；53、全桥电路；54、阻抗匹配器；60、接收电路；61、收发转换电路；62、隔离耦合电路；63、前置放大电路；64、第一带通滤波电路；65、AGC电路；66、第二带通滤波电路；67、后级放大电路；68、检波电路；70、换能器。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是本申请一个实施例中提供的船舶吃水检测系统的示意图，该船舶吃水检测系统包括外部电源10和单波束测深仪，单波束测深仪包括电源电路30、DSP处理电路40、发射电路50、接收电路60和换能器70，外部电源10与电源电路30电性连接以为电源电路30提供预定范围的电源，电源电路30对预定范围的电源进行转换以分别为DSP处理电路40、发射电路50、接收电路60和换能器70提供对应电源值的电源，DSP处理电路40和换能器70分别与发射电路50、接收电路60电性连接，DSP处理电路40与外部通讯设备20进行串口通讯。

发射电路50将DSP处理电路40的控制信号进行处理后加载在换能器70上发射出去，接收电路60将换能器70接收的水底回波处理后输出到DSP处理电路40，DSP处理电路40将处理之后得到的测量值通过串口通讯传递给外部通讯设备20。

电源电路30采用宽范围输入，能够在外部电源10输入范围在10V到36V情况下，产生稳定的足够功率的电源供给单波束测深系统中的电路使用。收发电路是测深能力强弱的关键，发射电路50将来自DSP处理的控制信号，经驱动和功放后加载在换能器70上发射出去，水底回波经过换能器70接收后通过接收电路60中的隔离变压器输入，通过前置放大，带通滤波，AGC，后级放大，检波电路输出到DSP处理电路40，AGC的控制增益由DSP处理电路40的DA产生。DSP处理电路40是测深系统的运算中心，担负着系统同步、测深跟踪，控制发射机的功率和脉宽，控制接收增益，采集接收机输出的包络信号并通过电缆将测量值送出到外部通讯设备20，这里的发射机和接收机为换能器70中用于发送信号和接收信号的器件，比如发射天线和接收天线。

由于传统的测深仪需要进行测量声图的保存，所以一般来说除了以上电路外还需要主板对测量声图进行存储，并需要显示屏（比如常见的液晶屏）来进行测量声图的显示，本申请中的测量数据为数字形式的水深值，并且通过串口传输给外部通讯设备20，所以本申请中无需使用主板和显示屏。本申请中通过去除不需要的测量声图存储和显示功能，增加了485通讯功能等方法，使得单波束测深仪在上电后，收到测量命令后即能输出正确的数字测量值，从而来实现了低功耗、电源宽范围输入、测量值精确、体积小、操作简易等优点。

请参见图2所示，其是本申请一个实施例中提供的电源电路的示意图，该电源电路30包括防反接器件31、5V的DCDC电源模块32、24V的DCDC电源模块33、15V的DCDC电源模块34和±5V的DCDC电源模块35，考虑到整机性能，电源电路30中选用的DCDC电源模块均为体积小、功耗低、噪声小的电源模块。

其中，防反接器件31的输入端与外部电源10电性连接。可选的，防反接器件31可以为二极管，本实施例中防反接器件31选用的是二极管IN5819，IN5819是肖特基二极管，它的反向耐压为40V，额定正向电流1A，IN5819反向恢复时间极短，性能满足设计要求。当外部电源10正确输入时，该二极管导通，后端的DCDC电源模块工作，给其他电路供电，整个系统正常工作。当外部电源10反接时，这时该二极管不导通，电源不会流入后端电路，从而实现了电源输入反接保护，不会对后端电路造成损坏。由此可知，防反接器件31的设置能够对单波束测深仪进行保护，防止在误操作下，外部电源10正负极反接时对单波束测深仪中的电路以及器件造成损坏。

防反接器件31的输出端分别与5V的DCDC电源模块32、24V的DCDC电源模块33的输入端电性连接，5V的DCDC电源模块32将外部电源10提供的电源转换为5V电源，24V的DCDC电源模块33将外部电源10提供的电源转换为24V电源。

24V的DCDC电源模块33的输出端分别与15V的DCDC电源模块34和±5V的DCDC电源模块35的输入端电性连接，15V的DCDC电源模块34将24V的DCDC电源模块33提供的24V的DCDC电源转换为15V电源，±5V的DCDC电源模块35将24V的DCDC电源模块33提供的24V电源转换为±5V电源。

5V的DCDC电源模块32为DSP处理电路40和发射电路50提供5V电源，15V的DCDC电源模块34为发射电路50提供15V电源，24V的DCDC电源模块33为发射电路50提供24V电源，±5V的DCDC电源模块35为接收电路60提供±5V电源。

因为单波束测深仪安装在水下，需要经过一根百米以上的电缆来进行电源输入和串口通讯。考虑到电缆上的压降等因素，单波束测深仪要能实现宽范围电源输入下能正常工作。为了实现宽范围电源输入，则选择的DCDC模块的输入电源范围应为9～36V。

单波束测深系统共需要供给DSP处理电路40的5V电源，供给发射电路50的5V、15V、24V电源，供给接收电路60上的±5V电源共6种电源电压，如果都选用宽范围电源输入的DCDC模块，则电源电路30的体积会增加很多，考虑DSP处理电路40的5V功耗较大，所以选择一个3W的5V的DCDC电源模块，其电源输入范围为9～36V，产生的5V仅供给DSP处理电路40使用。考虑到发射电路50和接收电路60上的电源功耗都很小，所以在这里采用了将外部电源10先经过一个3W的24V的DCDC电源模块，它的电源输入范围为9～36V，该24V的DCDC电源模块产生的24V电源一方面供给发射电路50使用，另外经过一个窄范围电源输入的15V电源模块产生15V电源供给发射电路50使用，经过一个窄范围电源输入的5V电源模块产生5V电源供给发射电路50和接收电路60使用，经过一个窄范围电源输入的－5V电源模块产生－5V电源供给接收电路60使用。通过这样的方式既能实现单波束测深仪在电源宽范围输入下能正常工作，同时又实现了电源板的小型化。

请参见图3所示，其是本申请一个实施例中提供的发射电路的示意图，该发射电路50包括充放电电路51、波形处理器52、全桥电路53和阻抗匹配器54，其中：24V的DCDC电源模块33与充放电电路51的输入端电性连接，充放电电路51的输出端与全桥电路53电性连接；5V的DCDC电源模块32、15V的DCDC电源模块34与波形处理器52的输入端电性连接，波形处理器52的输出端与全桥电路53的电性连接；DSP处理电路40的DSP芯片与波形处理器52的输入端电性连接；全桥电路53与阻抗匹配器54的输入端电性连接，阻抗匹配器54的输出端与换能器70电性连接；波形处理器52将DSP处理电路40输出的低压驱动信号进行分频处理，产生两路PWM波，分别驱动全桥电路53对角线上的两个MOSFET管。

由于在江河上船舶吃水一般不会超过6米，所以单波束测深仪的量程比较小，我们设置量程为10米。由于量程比较短，所以发射电路50的功率要求比较低。

本申请中的波形处理器52选用的型号为UC2706，通过UC2706进行波形处理后，保证了全桥上、下桥臂间不会发生直通现象，从而避免了因全桥直通烧毁电路的现象。另外，由于功率比较低，所以MOSFET管选用了IRFL4610PBF，IRFL4610PBF的VDSS=100V，RDS(ON)=0.2Ω，ID=1.6A，封装为SOT-223，体积比较小。

在充放电电路51，除了像全桥中MOSFET管一样，选择封装体积较小的器件。另外由于整机发射功率较小，充放电电路51中的储能电容不需要像传统测深仪那样，需要体积大、数量多、容值大的电容，这里只需要设置一个储能电容，该储能电容的耐压值为35V，容值为1000uF，体积比较小，进而降低了发射电路50的体积。

阻抗匹配器54的作用为：一是调谐匹配，即通过匹配电路调节换能器70阻抗，使发射负载尽量接近纯阻状态，减少无功分量；二是阻抗匹配，即改变换能器70电路的阻抗，使之与电源达到阻抗匹配，保证换能器70获得最大的电功率。同时采用串并联匹配电路也能防止因为换能器70短路而引起仪器损坏。

由于发射功率要求低，去除了传统发射电路50中需要采用的变压器，这样也降低了发射电路50的重量和体积。

请参见图4所示，其是本申请一个实施例中提供的接收电路的示意图，该接收电路60包括收发转换电路61、隔离耦合电路62、前置放大电路63、第一带通滤波电路64、自动增益控制AGC电路65、第二带通滤波电路66、后级放大电路67和检波电路68，其中：收发转换电路61与换能器70电性连接，收发转换电路61、隔离耦合电路62、前置放大电路63、第一带通滤波电路64、AGC电路65、第二带通滤波电路66、后级放大电路67和检波电路68依次串联；检波电路68的输出端与DSP处理电路40的AD转换芯片44电性连接，DSP处理电路40的信号输出端与AGC电路65电性连接。

由于单波束测深仪的换能器70采用的是收发一体的方式，所以接收电路60首先要经过一个收发转换电路61和隔离耦合电路62。通过收发转换，当发射的时候，收发转换电路61相当于短路，不会烧坏接收电路60。当换能器70接收的时候，微小的信号能通过收发转换电路61，由后续接收电路60进行后续放大处理。

前置放大电路63和后级放大电路67都是将微弱信号进行放大。

声信号在水中传播会引起扩散损失和吸收损失，扩散损失与传播距离的平方成正比，通过信号处理电路对接收电路60进行时间增益控制（TVG），以补偿声信号的传播损失，抑制近区干扰和混响，这就是TVG电路的功能。由于传统测深仪的量程较大，所以TVG这个功能是必须要的，但在船舶吃水这个应用上，由于距离短，船底回波信号强，如果有TVG这个功能，则会出现多次回波后的信号较强，从而可能测得是多次回波后的测量值，产生虚假测量值，所以在这里需要去除TVG这个功能。

而所谓的自动增益控制电路（AGC），就是要使接收电路60的增益随输入量的强弱自动改变，使其输出基本保持恒定。AGC由信号处理板进行控制，当信号处理板检测到接收电路60输出电压变大时，控制AGC的增益下降，当信号处理板检测到接收电路60输出电压变小时，控制AGC的增益增大，这样就由输入信号的强弱，自动调节了接收电路60的系统增益。在这里由于水面回波信号比一般的水底信号还要弱，而船底回波信号比较强，所以AGC这个功能是必须的，另外也通过AGC这个功能实现测深仪根据回波信号强弱自动调节增益，从而来实现测量值的准确性。

带通滤波电路主要实现的功能是将所需要的特定频率范围内的信号传输过去，而阻断这个频率范围以外的信号，达到选择性传输的目的。

由于信号处理板需要的是脉冲信号来进行后续处理，所以在接收电路60将水底接收到的信号放大滤波后，还得进行检波电路68。

本申请中的接收电路60去除了传统测深仪中的TVG功能，一方面减少了器件，减低了功耗，另一方面，降低了因为多次回波信号较强而产生的假测量值的可能性。

请参见图5所示，其是本申请一个实施例中提供的DSP处理电路40的示意图，该DSP处理电路40包括电源芯片41、DSP处理芯片42、通讯芯片43、AD转换芯片44、DA转换芯片45，以及用于存储程序和数据的FLASH芯片46，其中：电源芯片41的输入端与电源电路30的5V的DCDC电源模块32相连，电源芯片41的输出端与DSP处理芯片42的输入端电性相连，DSP处理芯片42的输出端与通讯芯片43的输入端电性相连，通讯芯片43与外部通讯设备20进行通讯；FLASH芯片46均与DSP处理芯片42电性连接。AD转换芯片44的输入端与接收电路60中检波电路68的输出端电性连接以将检波电路68输出的模拟回波信号转换为数字信号，AD转换芯片44的输出端与DSP处理芯片42电性连接以将转换得到的数字信号输出给DSP处理芯片42；DA转换芯片45的输入端与DSP处理芯片42电性连接，以将DSP处理芯片42传送来的数字信号转换为模拟信号，模拟信号用于控制接收电路60上的自动增益的大小。DSP处理芯片42的输出端还与发射电路50中波形处理器52的输入端电性连接。

DSP处理电路40内部芯片较多，需要5V，3.3V和1.5V三种电源，电源电路30提供了5V电源，5V电源通过处理电路上的TLV1117LV33芯片，转换出一组3.3V的电源，5V电源通过TPS77315芯片转换出一组1.5V的电源。

通讯芯片43采用的是MAX3160EAP芯片，它是一种高性能管脚可编程的多协议收发器件，这里我们通过引脚设置为RS485收发器，这样设备可以通过485总线与外部设备进行通讯，主要为接收外部控制命令，发送测量值，以及进行内部程序升级等功能。

AD转换芯片44采用的是THS1206IDA，它是THS1206是TI公司开发的一款基于流水线结构的12位高速A／D转换器。这种A／D转换器采用流水线(pipeline)结构，能够并行处理多路模拟信号，因而可以得到较高的转换速度；并且可以通过其内部的校正电路对内部误差进行校正，得到更高的精度。在这里通过THS1206IDA芯片将接收电路60中的模拟回波信号转换成数字信号从而给DSP信号进行后续处理。

DA转换芯片45采用的是 TLV5614， TLV5614是一款由四个部分组成的12位电压输出模数转换器(DAC)，带有灵活的串行接口，从而可以无缝连接至TMS320™、SPI™、QSPI™及Microwire™串行端口。在这里主要是用来接收DSP的数字信号，转换为模拟信号，从而来控制接收电路60上自动增益的大小。

FLASH芯片46采用的是29LV400，FLASH与EPROM相比，集成度高，功耗低，可电擦写，而且3.3V的FLASH可直接与DSP接口，接口电路设计方便。29LV400具有单电源操作，存取速度快，读写寿命长，低功耗等优点，所以这里用它来进行存储程序和数据。

处理芯片采用TI 公司的TMS320VC5416 定点DSP ，其内部采用一种改进型的哈佛总线结构,数据总线宽度为16 b ，最大寻址空间为64 K ×16 b。程序总线宽度为23 b ,最大寻址空间为8 M ×16 b。片内有128 M ×16 b的RAM，6 通道DMA 传输控制器，3 个带缓冲器的串行通信接口(McBSP) 。分开的数据和指令空间使该芯片具有高度的并行操作能力，在单周期内允许指令和数据同时存取,再加上其高度优化的指令集，使得该芯片具有很高的运算速度，最高可达160 MIPS。处理芯片是整个设备的运算中心，担负着系统同步、测深跟踪，控制发射机的功率和脉宽，控制接收增益，采集接收机输出的包络信号并通过电缆将测量值送出到外部设备。

本申请提供的DSP处理电路40通过RS485与外部设备进行通讯，当外部设备发送测量命令时，进行一次测量，当外部设备发送读取测量值时，单波束测深仪将当前测量值发送给外部设备。这样可以控制测量线阵中的各个测深仪不同时进行测量，从而减小相邻传感器发射和返回信号之间的串扰。通过RS485总线可以直接进行测深仪内部程序更新。因为测深仪最后是固定在水下检测架上，这样可以避免因为设备升级时需要将整个检测系统提升至水面，并将仪器一个个拆下然后才能升级的麻烦。

另外，本申请提供的DSP处理电路40对判底算法进行了改进。传统的测深仪在向水底发射声信号后，接收波束开角内的水底混响信号是水底一定面积上的散射波，具有一定的宽度，所以在判底时采用的是能量中心法，该方法主要是通过判断回波的能量大小来判别是否为真实的底。但往水面打时由于二次回波或多次回波较强，所以测值常常会得到倍值。考虑到单波束测深仪进行船舶吃水检测时，发射信号波形是单个CW脉冲，波束很窄，同时使用环境开阔，使用距离较近，则回波基本上与发射信号波形相同，所以在判底算法上改用了前沿法，利用回波前沿法可以比较精确地测得信号到达该点的时间，从而测得准确的仪器距水面或船底的距离。

综上所述，本申请提供的船舶吃水检测系统，通过以上所述电路设计，减少不必要的功能，选用封装小的器件，改进相关电路的设计，从而使得电路尺寸变小，功率降低，从而使得单波束测深仪外形尺寸小巧，适合水下安装。同时单个测深仪功率得到降低后，整个测量线阵上需要几十个单波束测深仪，则整个检测系统的功率大大降低。

另外，本申请提供的船舶吃水检测系统去除了传统测深仪上的TVG功能，降低了因为多次回波信号较强而产生的假测量值的可能性。且判底算法上改用了前沿法，利用回波前沿法可以比较精确地测得信号到达该点的时间，从而测得准确的仪器距水面或船底的距离。

通过RS485总线可以选择某一个测深仪进行触发测量，从而减小相邻传感器发射和返回信号之间的串扰。同时可以直接通过RS485进行程序升级。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未实用新型的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种船舶吃水检测系统，其特征在于，所述系统包括外部电源和单波束测深仪，所述单波束测深仪包括电源电路、DSP处理电路、发射电路、接收电路和换能器，所述外部电源与所述电源电路电性连接以为所述电源电路提供预定范围的电源，所述电源电路对所述预定范围的电源进行转换以分别为所述DSP处理电路、所述发射电路、所述接收电路和所述换能器提供对应电源值的电源，所述DSP处理电路和所述换能器分别与所述发射电路、所述接收电路电性连接，所述DSP处理电路与外部通讯设备进行串口通讯。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电源电路包括防反接器件、5V的DCDC电源模块、24V的DCDC电源模块、15V的DCDC电源模块和±5V的DCDC电源模块，其中：

所述防反接器件的输入端与所述外部电源电性连接，所述防反接器件的输出端分别与所述5V的DCDC电源模块、所述24V的DCDC电源模块的输入端电性连接，所述5V的DCDC电源模块将所述外部电源提供的电源转换为5V电源，所述24V的DCDC电源模块将所述外部电源提供的电源转换为24V电源；

所述24V的DCDC电源模块的输出端分别与所述15V的DCDC电源模块和所述±5V的DCDC电源模块的输入端电性连接，所述15V的DCDC电源模块将所述24V的DCDC电源模块提供的24V的DCDC电源转换为15V电源，所述±5V的DCDC电源模块将所述24V的DCDC电源模块提供的24V电源转换为±5V电源；

所述5V的DCDC电源模块为所述DSP处理电路和所述发射电路提供5V电源，所述15V的DCDC电源模块为所述发射电路提供15V电源，所述24V的DCDC电源模块为所述发射电路提供24V电源，所述±5V的DCDC电源模块为所述接收电路提供±5V电源。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述防反接器件为二极管，所述5V的DCDC电源模块为3W的5V的DCDC电源模块，所述24V的DCDC电源模块为3W的24V的DCDC电源模块。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发射电路包括充放电电路、波形处理器、全桥电路和阻抗匹配器，其中：

所述24V的DCDC电源模块与所述充放电电路的输入端电性连接，所述充放电电路的输出端与所述全桥电路电性连接；

所述5V的DCDC电源模块、所述15V的DCDC电源模块与所述波形处理器的输入端电性连接，所述波形处理器的输出端与所述全桥电路的电性连接；

所述DSP处理电路的DSP芯片与所述波形处理器的输入端电性连接；

所述全桥电路与所述阻抗匹配器的输入端电性连接，所述阻抗匹配器的输出端与所述换能器电性连接；

所述波形处理器将所述DSP处理电路输出的低压驱动信号进行分频处理，产生两路PWM波，分别驱动所述全桥电路对角线上的两个MOSFET管。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述波形处理器的型号为UC2706，所述MOSFET管采用封装为SOT-223的器件；所述充放电电路中包含一个储能电容，所述储能电容的耐压值为35V，容值为1000uF。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收电路包括收发转换电路、隔离耦合电路、前置放大电路、第一带通滤波电路、自动增益控制AGC电路、第二带通滤波电路、后级放大电路和检波电路，其中：

所述收发转换电路与所述换能器电性连接，所述收发转换电路、所述隔离耦合电路、所述前置放大电路、所述第一带通滤波电路、所述AGC电路、所述第二带通滤波电路、所述后级放大电路和所述检波电路依次串联；

所述检波电路的输出端与所述DSP处理电路的AD转换芯片电性连接，所述DSP处理电路的信号输出端与所述AGC电路电性连接。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述DSP处理电路包括电源芯片、DSP处理芯片、通讯芯片、模数AD转换芯片、数模DA转换芯片，以及用于存储程序和数据的FLASH芯片，其中：

所述电源芯片的输入端与所述电源电路的5V的DCDC电源模块相连，所述电源芯片的输出端与所述DSP处理芯片的输入端电性相连，所述DSP处理芯片的输出端与所述通讯芯片的输入端电性相连，所述通讯芯片与所述外部通讯设备进行通讯；

所述FLASH芯片均与所述DSP处理芯片电性连接；

所述AD转换芯片的输入端与所述接收电路中检波电路的输出端电性连接以将所述检波电路输出的模拟回波信号转换为数字信号，所述AD转换芯片的输出端与所述DSP处理芯片电性连接以将转换得到的数字信号输出给所述DSP处理芯片；

所述DA转换芯片的输入端与所述DSP处理芯片电性连接，以将所述DSP处理芯片传送来的数字信号转换为模拟信号，所述模拟信号用于控制所述接收电路上的自动增益的大小；

所述DSP处理芯片的输出端还与所述发射电路中波形处理器的输入端电性连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述通讯芯片的型号为MAX3160EAP，所述AD转换芯片的型号为THS1206IDA，所述DA转换芯片的型号为TLV5614，所述FLASH芯片的型号为29LV400，所述DSP处理芯片的型号为TMS320VC5416。

9.根据权利要求1至8中任一所述的系统，其特征在于，所述预定范围的电源为9-36V。