專利名稱：一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測繪計(jì)量領(lǐng)域，尤其是一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
隨著地球人口的快速增長和自然資源的缺乏，進(jìn)入20世紀(jì)以來人類開始向海洋進(jìn)軍，航運(yùn)事業(yè)也越來越快的發(fā)展，船舶的航行安全也越來越受到人們的重視，海洋測深技術(shù)被提上日程。迄今為止，在人們所熟知的各種能量形式中，在水中以聲波的傳播性能為最好。因此多數(shù)的測深儀都是利用聲波反射原理制作的，但是目前對(duì)于被校準(zhǔn)聲波測深儀并沒有一種很好的計(jì)量校準(zhǔn)儀器，目前，對(duì)回聲測深儀的檢驗(yàn)校準(zhǔn)的方法主要有淺水回聲測深儀檢定方法和模擬測深檢定校準(zhǔn)方法，淺水回聲測深儀計(jì)量檢定方法的主要配套設(shè)備是專用標(biāo)準(zhǔn)水池，將測深轉(zhuǎn)變?yōu)闇y距，采用橫向測長直接比對(duì)的方法，用測深儀示值與已知距 離進(jìn)行比對(duì)計(jì)算測量誤差，利用此方法將受邊界條件限制，僅能進(jìn)行短距離淺水對(duì)比。模擬檢定方法是用模擬信號(hào)發(fā)生器調(diào)節(jié)脈沖延時(shí)的方法，將模擬回波信號(hào)作為測深回波顯示深度變化，以設(shè)定深度與測深儀示值進(jìn)行校準(zhǔn)比對(duì)，此方法的弊端為換能器不參與測試，其性能無法驗(yàn)證，盲區(qū)的測試也無法實(shí)測。因此研究研制一套精確的測深儀校準(zhǔn)儀器迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法，他可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的校準(zhǔn)系統(tǒng)，且其校準(zhǔn)方法簡單易行。本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于它包括信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路、被校準(zhǔn)聲波測深儀、單片機(jī)、計(jì)數(shù)器、工控機(jī)和聲波采集模塊；其中，所述驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路的輸入端接收信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的電壓信號(hào)，輸出端分別連接被校準(zhǔn)聲波測深儀的輸入端和單片機(jī)的輸入端；所述工控機(jī)的輸入端分別與連接被校準(zhǔn)聲波測深儀、計(jì)數(shù)器的輸入端；所述計(jì)數(shù)器的輸入端與單片機(jī)的輸出端連接，且同時(shí)與聲波采集模塊的呈雙向連接。所述聲波采集模塊由傳感器、放大器和AD轉(zhuǎn)化器組成；其中，所述傳感器的輸入出與計(jì)數(shù)器呈雙向連接，其輸出端連接放大器的輸入端；所述放大器的輸出端連接AD轉(zhuǎn)化器的輸入端。所述電壓信號(hào)為正弦載波電壓信號(hào)。所述工控機(jī)通過RS232串口連接被校準(zhǔn)聲波測深儀。一種上述基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，其特征在于它包括以下步驟(I)首先由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生與被校儀器工作頻率相同的正弦波載波信號(hào)電壓，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路發(fā)送電信號(hào)給被校準(zhǔn)聲波測深儀及單片機(jī)，單片機(jī)一端發(fā)送信號(hào)給計(jì)數(shù)器，使其開始計(jì)時(shí)，同時(shí)被校準(zhǔn)聲波測深儀向工控機(jī)發(fā)出聲波；(2)當(dāng)被校準(zhǔn)聲波測深儀發(fā)出的聲波遇到水下障礙物時(shí)將反射回波信號(hào)，由被校準(zhǔn)聲波測深儀接收的同時(shí)，由聲波采集模塊對(duì)其聲波進(jìn)行采集、放大，并將轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳送給計(jì)數(shù)器，由計(jì)數(shù)器完成對(duì)被校準(zhǔn)聲波測深儀聲波從發(fā)射脈沖至回波信號(hào)到達(dá)的延遲時(shí)間t的檢測；(3)計(jì)數(shù)器將步驟(2)中得到的延遲時(shí)間t傳送給工控機(jī)；(4)工控機(jī)根據(jù)計(jì)數(shù)器傳送來的延遲時(shí)間t,按照1500m/s標(biāo)準(zhǔn)聲速值V計(jì)算被校準(zhǔn)聲波測深儀發(fā)出聲波經(jīng)過的距離Sl=v*t
(5)由被校準(zhǔn)聲波測深儀自身的測距功能采集從發(fā)出聲波信號(hào)到信號(hào)返回所經(jīng)歷的距離，記作S2，并通過RS232串口將信號(hào)發(fā)送給工控機(jī)；(6)將SI與S2進(jìn)行對(duì)比，即可完成對(duì)被校準(zhǔn)聲波測深儀的校準(zhǔn)。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明的優(yōu)越性在于對(duì)不同水深、底質(zhì)海底回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字采樣，由計(jì)算機(jī)作為控制中心，將由人工進(jìn)行的各種調(diào)節(jié)策略交由程序自動(dòng)處理，進(jìn)行智能化的底跟蹤算法和深度判決，智能控制對(duì)量程、搜索、跟蹤范圍、工作頻率、發(fā)射功率、脈寬、周期以及接收機(jī)自動(dòng)增益和時(shí)間增益控制等進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，自動(dòng)控制海底回波信號(hào)的搜索、識(shí)別到鎖定跟蹤，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量回波信號(hào)的采集，高精度數(shù)字測深，而且結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、不僅可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離校準(zhǔn)，而且可以對(duì)換能器進(jìn)行校準(zhǔn)。


圖I為本發(fā)明所涉一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)(見圖1)，其特征在于它包括信號(hào)發(fā)生器101、驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路102、被校準(zhǔn)聲波測深儀107、單片機(jī)103、計(jì)數(shù)器104、工控機(jī)105和聲波采集模塊106 ;其中，所述驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路102的輸入端接收信號(hào)發(fā)生器101發(fā)出的電壓信號(hào)，輸出端分別連接被校準(zhǔn)聲波測深儀107的輸入端和單片機(jī)103的輸入端；所述工控機(jī)105的輸入端分別與連接被校準(zhǔn)聲波測深儀107、計(jì)數(shù)器104的輸入端；所述計(jì)數(shù)器的輸入端與單片機(jī)103的輸出端連接，且同時(shí)與聲波采集模塊的呈雙向連接。所述聲波采集模塊106由傳感器1061、放大器1062和AD轉(zhuǎn)化器1063組成；其中，所述傳感器1061的輸入出與計(jì)數(shù)器104呈雙向連接，其輸出端連接放大器1062的輸入端；所述放大器1062的輸出端連接AD轉(zhuǎn)化器1063的輸入端。 所述電壓信號(hào)為正弦載波電壓信號(hào)。所述工控機(jī)105通過RS232串口連接被校準(zhǔn)聲波測深儀。一種上述基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，其特征在于它包括以下步驟(I)首先由信號(hào)發(fā)生器101產(chǎn)生與被校儀器工作頻率相同的正弦波載波信號(hào)電壓，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路102接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路102發(fā)送電信號(hào)給被校準(zhǔn)聲波測深儀107及單片機(jī)103，單片機(jī)一端發(fā)送信號(hào)給計(jì)數(shù)器104，使其開始計(jì)時(shí)，同時(shí)被校準(zhǔn)聲波測深儀向工控機(jī)106發(fā)出聲波；(2)當(dāng)被校準(zhǔn)聲波測深儀發(fā)出的聲波遇到水下障礙物時(shí)將反射回波信號(hào)，由被校準(zhǔn)聲波測深儀接收的同時(shí)，由聲波采集模塊106對(duì)其聲波進(jìn)行采集、放大，并將轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳送給計(jì)數(shù)器104，由計(jì)數(shù)器104完成對(duì)被校準(zhǔn)聲波測深儀聲波從發(fā)射脈沖至回波信號(hào)到達(dá)的延遲時(shí)間t的檢測；(3)計(jì)數(shù)器104將步驟⑵中得到的延遲時(shí)間t傳送給工控機(jī)105 ；(4)工控機(jī)105根據(jù)計(jì)數(shù)器104傳送來的延遲時(shí) 間t，按照1500m/s標(biāo)準(zhǔn)聲速值V計(jì)算被校準(zhǔn)聲波測深儀發(fā)出聲波經(jīng)過的距離Sl=v*t(5)由被校準(zhǔn)聲波測深儀自身的測距功能采集從發(fā)出聲波信號(hào)到信號(hào)返回所經(jīng)歷的距離，記作S2，并通過RS232串口將信號(hào)發(fā)送給工控機(jī)105 ；(6)將SI與S2進(jìn)行對(duì)比，即可完成對(duì)被校準(zhǔn)聲波測深儀的校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于它包括信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路、被校準(zhǔn)聲波測深儀、單片機(jī)、計(jì)數(shù)器、工控機(jī)和聲波采集模塊；其中，所述驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路的輸入端接收信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的電壓信號(hào)，輸出端分別連接被校準(zhǔn)聲波測深儀的輸入端和單片機(jī)的輸入端；所述工控機(jī)的輸入端分別與連接被校準(zhǔn)聲波測深儀、計(jì)數(shù)器的輸入端；所述計(jì)數(shù)器的輸入端與單片機(jī)的輸出端連接，且同時(shí)與聲波采集模塊的呈雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述聲波采集模塊由傳感器、放大器和AD轉(zhuǎn)化器組成；其中，所述傳感器的輸入出與計(jì)數(shù)器呈雙向連接，其輸出端連接放大器的輸入端；所述放大器的輸出端連接AD轉(zhuǎn)化器的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述電壓信號(hào)為正弦載波電壓信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述工控機(jī)通過RS232串口連接被校準(zhǔn)聲波測深儀。
5.一種權(quán)利要求I所述基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，其特征在于它包括以下步驟 (1)首先由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生與被校儀器工作頻率相同的正弦波載波信號(hào)電壓，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路發(fā)送電信號(hào)給被校準(zhǔn)聲波測深儀及單片機(jī)，單片機(jī)一端發(fā)送信號(hào)給計(jì)數(shù)器，使其開始計(jì)時(shí)，同時(shí)被校準(zhǔn)聲波測深儀向工控機(jī)發(fā)出聲波； (2)當(dāng)被校準(zhǔn)聲波測深儀發(fā)出的聲波遇到水下障礙物時(shí)將反射回波信號(hào)，由被校準(zhǔn)聲波測深儀接收的同時(shí)，由聲波采集模塊對(duì)其聲波進(jìn)行采集、放大，并將轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳送給計(jì)數(shù)器，由計(jì)數(shù)器完成對(duì)被校準(zhǔn)聲波測深儀聲波從發(fā)射脈沖至回波信號(hào)到達(dá)的延遲時(shí)間t的檢測； (3)計(jì)數(shù)器將步驟(2)中得到的延遲時(shí)間t傳送給工控機(jī)； (4)工控機(jī)根據(jù)計(jì)數(shù)器傳送來的延遲時(shí)間t,按照1500m/s標(biāo)準(zhǔn)聲速值V計(jì)算被校準(zhǔn)聲波測深儀發(fā)出聲波經(jīng)過的距離Sl=V^t (5)由被校準(zhǔn)聲波測深儀自身的測距功能采集從發(fā)出聲波信號(hào)到信號(hào)返回所經(jīng)歷的距離，記作S2，并通過RS232串口將信號(hào)發(fā)送給工控機(jī)； (6)將SI與S2進(jìn)行對(duì)比，即可完成對(duì)被校準(zhǔn)聲波測深儀的校準(zhǔn)。
全文摘要
一種基于工控機(jī)的回聲測深儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，它包括信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路、被校準(zhǔn)聲波測深儀、單片機(jī)、計(jì)數(shù)器、工控機(jī)和聲波采集模塊；其校準(zhǔn)方法為信號(hào)產(chǎn)生、驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)、聲波遇障礙反射、信號(hào)處理、計(jì)算距離、數(shù)據(jù)對(duì)比以及完成校準(zhǔn)；其優(yōu)越性在于智能化管理精度高、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、不僅可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離校準(zhǔn)，而且可以對(duì)換能器進(jìn)行校準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G01S7/539GK102841343SQ20121033139
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者何宏, 沙德鵬, 張志宏, 徐曉寧 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)