CN214308872U - 一种用于投弃式测量设备的数据采集仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于投弃式测量设备的数据采集仪器，包括便携式箱体和布设在所述箱体上的面板；在面板上设置有显示屏和数据线缆插座，所述数据线缆插座用于通过线缆连接投弃式测量设备中的投放装置；箱体内封装有接口电路、主处理器和定位模块；所述接口电路接收通过所述数据线缆插座输入的传感器信号并进行预处理，形成采样数据；所述主处理器接收所述采样数据并生成测量数据，通过所述显示屏显示；所述定位模块用于获取地理坐标，并生成坐标数据发送至所述主处理器。使用本实用新型的数据采集仪器只需一人即可完成投弃式探头的投放以及采样数据的采集和监控作业，不仅省时省力，而且可缩短连接投放装置的电缆的长度，继而简化了投放操作。

Description

一种用于投弃式测量设备的数据采集仪器

技术领域

本实用新型属于数据采集设备技术领域，具体地说，是涉及一种适用于投弃式测量设备的数据采集仪器。

背景技术

在海洋科研调查中，经常会在测量船走航的过程中投放不同类型的投弃式测量设备，例如投弃式温深测量仪等，以用于测量海洋环境的各类参数。这类投弃式测量设备一般包含投弃式探头10、投放装置20和甲板单元30等部分，如图1所示。其中，投弃式探头10是发射入水后消耗掉的部分，探头10上安装有温度、深度等传感器，传感器输出信号通过漆包线传输至甲板单元30。在投放前，投弃式探头10安装在投放装置20上，投放装置20由操作人员在测量船的后甲板上手持，并通过电缆21连接甲板单元30。所述甲板单元30只具有数据采集功能，通常需要布设在测量船的舱室内，与舱室内的电脑31连接，通过电脑31进行数据处理和显示。

这种传统的数据采集处理方式主要存在的问题是：

（1）投放装置20须在测量船的船尾位置操作，需要使用一根大约长三十米的电缆21才能与舱室内的甲板单元30连接。使用前需要展开电缆21，测量完毕后需要手动回收，不仅给投放操作带来诸多不便，而且三十米长的电缆21较重，在转运过程中携带非常不方便；

（2）由于投放装置20与布设在舱室内的甲板单元30和电脑距离较远，在进行探头10的投放操作时，需要两个人配合才能完成。即，一个人需要在甲板上操作投放装置20，另一个人需要在舱室内监控甲板单元30和电脑31，因此存在占用较多人力资源的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于投弃式测量设备的数据采集仪器，只需一人即可完成探头的投放与数据的采集及监控作业，节省人力，并可缩短连接投放装置的电缆的长度，简化投放操作。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种用于投弃式测量设备的数据采集仪器，包括便携式箱体和布设在所述箱体上的面板；在所述面板上设置有显示屏和数据线缆插座，所述数据线缆插座用于通过线缆连接投弃式测量设备中的投放装置；所述箱体内封装有接口电路、主处理器和定位模块；所述接口电路接收通过所述数据线缆插座输入的传感器信号并进行预处理，形成采样数据；所述主处理器接收所述采样数据并生成测量数据，通过所述显示屏显示；所述定位模块用于获取地理坐标，并生成坐标数据发送至所述主处理器。

在本申请的一些实施例中，优选在所述接口电路中设置接口继电器和单片机；将所述接口继电器连接至所述数据线缆插座，接收所述传感器信号；所述单片机与所述主处理器通信，根据投弃式测量设备所使用的探头的类型生成控制信号，控制所述接口继电器将接收到的传感器信号选择性地通过TTL信号传输线路或者差分信号传输线路发送至所述单片机，通过单片机进行处理后，生成所述采样数据上传至所述主处理器。

在本申请的一些实施例中，所述显示屏优选采用触摸式显示屏，通过LVDS接口连接所述主处理器，所述投弃式测量设备所使用的探头的类型可以通过所述触摸式显示屏输入，然后通过所述主处理器发送至所述单片机，用于控制所述接口继电器切换输入通道。

在本申请的一些实施例中，在所述差分信号传输线路中优选设置有滤波放大电路和AD转换器，通过所述接口继电器选通接入到差分信号传输线路中的传感器信号，可以首先经由滤波放大电路进行波形整形和信号放大处理，然后通过AD转换器转换成数字信号后，发送至所述单片机。

在本申请的一些实施例中，优选将所述主处理器和定位模块布设在主控板上，将所述接口电路布设在数据采集板上，所述主控板和数据采集板优选通过RS232串口连接通信；所述定位模块优选采用GPS模块，与其连接的GPS天线优选布设在所述面板上，以尽可能地提高GPS信号的辐射强度。

在本申请的一些实施例中，在所述主控板上还布设有SATA接口，所述主处理器通过SATA接口连接固态硬盘，所述固态硬盘内置于所述箱体中，用于存储操作系统及测量软件，供所述主处理器加载运行。

在本申请的一些实施例中，在所述主控板上还可以进一步布设隔离I/O口，连接所述数据线缆插座；当所述数据线缆插座通过线缆连接所述投放装置时，所述主处理器通过隔离I/O口，经所述线缆控制投放装置上的工作状态指示灯，以便于手持投放装置的现场作业人员接收数据采集仪器的操作指令、查看其工作状态。

在本申请的一些实施例中，为了方便数据采集仪器连接外部设备，以进行数据交互，优选在所述面板上布设USB接口，所述USB接口通过USB接口电路连接所述主处理器，所述USB接口电路优选布设在所述主控板上。

在本申请的一些实施例中，优选在所述主控板上布设WiFi模块，连接所述主处理器，以用于数据采集仪器与外部设备的无线数据交互。

在本申请的一些实施例中，优选在所述箱体中进一步布设电池组和电源板，在所述电源板上可以布设充放电模块、电压监测模块和DC-DC转换器；其中，所述充放电模块连接充电插座，所述充电插座优选布设在所述面板上，用于接入外部电源，并通过充放电模块对所述电池组进行充放电控制；所述电压监测模块通过主开关连接所述电池组，用于监测电池组的电量，并根据电池组的电量控制电量指示灯的工作状态；所述主开关和电量指示灯优选布设在所述面板上；所述DC-DC转换器连接所述电压监测模块，所述电压监测模块在检测到电池组的电量大于设定阈值时，控制所述DC-DC转换器将电池组的电压转换成多路工作电源，对应传输至所述主控板、数据采集板和显示屏，分别为所述主控板、数据采集板和显示屏供电。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型针对投弃式测量设备设计专用的数据采集仪器，利用一台仪器即可对投弃式探头传感器获取到的信号完成信号采集、数据处理、测量数据生成及显示等各项任务，集成度高，便携性好，可以直接放置在测量船的甲板上与投放装置邻近的位置使用，由此不仅可以大大缩短连接投放装置的线缆的长度，方便线缆的布放和回收操作，而且可以实现单人操作和监控，避免了两人协同工作时因沟通不畅而产生的误投等现象的发生，省时省力，有利于提高海洋环境的探测效率。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有投弃式测量设备的架构示意图；

图2是将本实用新型的数据采集仪器应用到投弃式测量设备的一种实施例的架构示意图；

图3是图2中数据采集仪器的面板的一种实施例的布局图；

图4是本实用新型所提出的数据采集仪器的电控部分的一种实施例的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图2，本实施例的数据采集仪器40采用箱体式结构设计，优选设计成便携式箱体41，以方便移动。所述箱体41具有防水、防尘、防震功能，可以设计成长方体、圆柱体等多种形状，箱体41上布设有面板42。为保护面板42，可以在箱体41上进一步安装盖板43，在使用完毕后，将盖板43罩扣在面板42上，对面板42起到封装防护的作用。

如图3所示，本实施例在面板42上可以具体布设显示屏44、数据线缆插座45、主开关KM、USB接口47、充电插座48、电源指示灯49等部件。其中，显示屏44优选采用触摸式显示屏，提供人机交互界面，接收勘探人员的操作指令或参数配置，显示测量数据和工作状态等。数据线缆插座45用于插接线缆50，结合图2所示，通过线缆50连接投弃式测量设备中的投放装置20，以采集投弃式探头10内的传感器信号。主开关KM用于对数据采集仪器40进行开关控制。USB接口47用于连接外部设备，可以布设一个，也可以布设多个，用以实现数据采集仪器40与外部设备的有线数据交互。充电插座48用于外接电源适配器，为数据采集仪器40中的电池组充电。电源指示灯49用于显示电池组的电量状态。

当然，也可以在面板42上布设其他便于人员使用的接口、插座、指示灯或按键、开关等，本实施例并不仅限于以上举例。

为了使数据采集仪器40具备信号采集、数据处理、计算、存储、显示、通讯等功能，本实施例在箱体41中封装有主处理器、接口电路、定位模块等多种电子部件，如图4所示。为了优化PCB板的设计，本实施例优选在箱体41内布设主控板、数据采集板和电源板。其中，主处理器布设在主控板上，分别与同样布设在主控板上的电源接口、定位模块、WiFi模块、SATA接口、LVDS接口、USB接口电路、隔离I/O口、RS232串口等直接或间接连接。接口电路布设在数据采集板上，连接数据线缆插座45，用于接收通过数据线缆插座45输入的传感器信号，并由单片机、AD转换器等对传感器信号进行预处理，形成采样数据，传输至主控板。电源板连接充电插座48、电量指示灯49以及电池组，例如锂电池组等，用于对电池组进行充放电控制，并根据电池组的剩余电量控制电量指示灯49的显示状态。

作为一种优选实施例，布设在数据采集板上的接口电路主要包括接口继电器、TTL信号传输线路、差分信号传输线路、单片机、RS232串口、电源接口等。其中，单片机连接RS232串口，采用串口通信的方式与主控板上的主处理器进行数据交互。接口继电器连接数据线缆插座45，在单片机的控制下根据探头类型切换输入通道，将接收到的传感器信号要么通过TTL信号传输线路传送至单片机，要么通过差分信号传输线路传送至单片机。本实施例在差分信号传输线路中具体布设有滤波放大电路和AD转换器，用于对差分形式的传感器信号进行波形整形和信号放大处理后，经由AD转换器将模拟信号转换成数字信号，发送至单片机，以形成采样数据。

在电源板上可以具体布设充放电模块、电压监测模块和DC-DC转换器，如图4所示。其中，充放电模块连接充电插座48和锂电池组，在充电插座48外接电源适配器时，用于对锂电池组进行充放电控制。电压监测模块通过主开关KM连接锂电池组，用于检测锂电池组的电量，并根据锂电池组的电量控制电量指示灯49的显示状态。同时，电压监测模块在检测到锂电池组的电量高于设定阈值时，控制DC-DC转换器将锂电池组的电压转换成不同的工作电源，例如+5V、+24V、+12V的直流电压，经由主控板上的电源接口以及数据采集板上的电源接口，分别为主控板上的各电子部件、触摸式显示屏44以及数据采集板上的各电子部件供电。

作为一种优选实施例，所述电压监测模块可以采用型号为MAX6457的电压监测芯片配合简单的外围电路连接而成。在电压监测芯片的外部连接配置电阻，通过调整配置电阻的阻值可以设定电压监测芯片的阈值电压，当电压监测芯片的监测电压（即，锂电池组的电压）超过阈值电压时，可以输出高电平，用于控制DC-DC转换器使能，进行电压转换。

在本实施例中，所述电压监测芯片优选采用三颗，在每一颗电压监测芯片的外围连接不同阻值的配置电阻，从而设定三个不同的阈值电压，分别定义为高阈值电压、中阈值电压和低阈值电压。利用三个电压监测芯片同时监测锂电池组的电压，当锂电池组的电压高于高阈值电压时，三个电压监测芯片同时输出高电平，控制DC-DC转换器使能运行。同时，利用设定为高阈值电压的电压监测芯片驱动电量指示灯49以满电量的状态显示。当锂电池组的电压高于中阈值电压但低于高阈值电压时，有两个电压监测芯片同时输出高电平，控制DC-DC转换器使能运行。同时，利用设定为中阈值电压的电压监测芯片驱动电量指示灯49以中等电量的状态显示。当锂电池组的电压高于低阈值电压但低于中阈值电压时，仅设定为低阈值电压的电压监测芯片输出高电平，控制DC-DC转换器使能运行。同时，利用设定为低阈值电压的电压监测芯片驱动电量指示灯49以低电量的状态显示。当锂电池组的电压低于低阈值电压时，三个电压监测芯片均无高电平输出，DC-DC转换器停止使能，不再为主控板、数据采集板和触摸式显示屏44供电，电量指示灯49全灭或者显示报警状态。

在使用本实施例的数据采集仪器40时，可以将数据采集仪器40安放到测量船后甲板的投放操作位置，靠近投放装置20。利用一根线缆50插入到数据采集仪器40的数据线缆插座45上，并连接投放装置20。由于数据采集仪器40与投放装置20距离较近，因此线缆50可以较短，一般在1.5m左右，以方便布放和回收。

打开主开关KM，利用锂电池组为仪器供电，主处理器上电运行，通过SATA接口访问固态硬盘，读取并运行操作系统和测量软件程序。所述固态硬盘可以布设在主控板上，也可以单独封装于箱体41内。勘探人员将投弃式探头10的类型通过触摸式显示屏44输入，由主处理器接收并进行数据封装后，通过RS232串口传输至数据采集板上的单片机，以生成控制信号，切换接口继电器的输入通道。具体而言，目前的投弃式探头10一般分为两类，一类没有内置控制电路，传感器输出差分形式的传感器信号。对于这类投弃式探头10，单片机控制接口继电器将接收到的传感器信号传输至差分信号传输线路，经由滤波放大电路进行滤波放大处理后，通过AD转换器转换成数字信号，发送至单片机。单片机对接收到的数字信号进行预处理，生成采样数据通过RS232串口上传至主处理器。另一类投弃式探头10内置有控制电路和数据传输电路，控制电路将传感器信号进行数字化处理后，调制传输。对于这类投弃式探头10，单片机控制接口继电器将接收到的传感器信号通过TTL信号传输线路传输至单片机，经由单片机处理生成采样数据，通过RS232串口上传至主处理器。主处理器根据接收到的采样数据，利用现有的测量软件（在现有技术中，该测量软件通常在与甲板单元30连接的电脑中运行）计算出测量数据，通过LVDS接口驱动触摸式显示屏44显示。一般来讲，在触摸式显示屏44上显示的是根据一系列测量数据形成的曲线，以便于现场的勘探人员查看。

在获得首个测量数据之前，主处理器启动定位模块，获取地理坐标，并生成坐标数据发送至主处理器，以用于标识此次测量数据的采样位置坐标，也会在测量软件程序中显示。

作为一种优选实施例，所述定位模块可以选用GPS模块，连接GPS天线46。所述GPS天线46优选布设在面板42上，并采用隐藏式设计，如图3所示，以提高GPS信号的辐射强度。

对于采样数据和测量数据，主处理器可以通过USB接口电路传输至USB接口47，进而发送至与USB接口47连接的外部设备。当然，主处理器也可以通过WiFi模块，以无线通信的方式发送至外部设备。

此外，本实施例设计主处理器通过隔离I/O口（例如光耦接口）连接数据线缆插座45，经由线缆50连接投放装置20中的工作状态指示灯22，供手持投放装置20的现场作业人员查看。这样，现场的作业人员既可以通过触摸式显示屏44查看操作指示，也可以通过投放装置20上的工作状态指示灯22查看。例如，若工作状态指示灯22低频率闪烁，则表示连接正常；若常亮，则表示可以投放探头10；若高频闪烁，则表示测量中。本实施例的工作状态指示灯22可以采用单色指示灯，也可采用三色LED灯，通过颜色变化指示更多状态。

测量结束后，关闭主开关KM，回收线缆50。

由于本实施例的数据采集仪器40与投放装置20距离很近，因此只需一人即可完成探头投放和采样数据监控等作业，省时省力。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于投弃式测量设备的数据采集仪器，其特征在于，包括：

面板，其上设置有显示屏和数据线缆插座，所述数据线缆插座用于通过线缆连接投弃式测量设备中的投放装置；

箱体，其为便携式箱体，所述面板布设在箱体上，箱体内封装有：

接口电路，其接收通过所述数据线缆插座输入的传感器信号并进行预处理，形成采样数据；

主处理器，其接收所述采样数据并生成测量数据，通过所述显示屏显示；

定位模块，其用于获取地理坐标，并生成坐标数据发送至所述主处理器。

2.根据权利要求1所述的用于投弃式测量设备的数据采集仪器，其特征在于，

所述主处理器和定位模块布设在主控板上，所述接口电路布设在数据采集板上，所述主控板和数据采集板通过RS232串口连接通信；

所述定位模块为GPS模块，与其连接的GPS天线布设在所述面板上。

3.根据权利要求2所述的用于投弃式测量设备的数据采集仪器，其特征在于，在所述主控板上布设有SATA接口，所述主处理器通过SATA接口连接固态硬盘，所述固态硬盘内置于所述箱体中，用于存储操作系统及测量软件，供所述主处理器加载运行。

4.根据权利要求2所述的用于投弃式测量设备的数据采集仪器，其特征在于，在所述主控板上布设有隔离I/O口，连接所述数据线缆插座；当所述数据线缆插座通过线缆连接所述投放装置时，所述主处理器通过所述隔离I/O口经所述线缆控制投放装置上的工作状态指示灯。

5.根据权利要求2所述的用于投弃式测量设备的数据采集仪器，其特征在于，在所述面板上布设有USB接口，所述USB接口通过USB接口电路连接所述主处理器，所述USB接口电路布设在所述主控板上。

6.根据权利要求2所述的用于投弃式测量设备的数据采集仪器，其特征在于，在所述主控板上布设有WiFi模块，连接所述主处理器。

7.根据权利要求2所述的用于投弃式测量设备的数据采集仪器，其特征在于，还包括：

电池组，其内置于所述箱体中；

电源板，其内置于所述箱体中，其上布设有：

充放电模块，其连接充电插座，所述充电插座布设在所述面板上，用于接入外部电源，通过充放电模块对所述电池组进行充放电控制；

电压监测模块，其通过主开关连接所述电池组，用于监测电池组的电量，并根据电池组的电量控制电量指示灯的工作状态；所述主开关和电量指示灯布设在所述面板上；

DC-DC转换器，其连接所述电压监测模块，所述电压监测模块在检测到电池组的电量大于设定阈值时，控制所述DC-DC转换器将电池组的电压转换成多路工作电源，对应传输至所述主控板、数据采集板和显示屏。

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