便携式超声测深仪制造技术

本实用新型专利技术提供了一种便携式超声测深仪器，属于水文测验领域。该仪器采用单片计算机控制，以集成电路为主构成超声发声、收声电路；测深精度高、抗干扰能力强、工作可靠，并且操作简单、液晶显示、体积小、携带方便，适用于野外查勘、水库、湖泊、河道、大陆架等内陆及近海水体的测深。（*该技术在1999年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于野外查勘、水库、湖泊、河道、大陆架等内陆及近海水体测深的便携式超声测深仪。过去国内生产的超声测深仪，大多需固定在船上，结构复杂，体积庞大，采用纸带记录，操作复杂，价格昂贵。也普有几种小型的测深仪，但由于主机采用分立元件或小规模集成电路，电路参数受温度、时间和湿度影响随机变化，影响测量精度。即使在参数变化较小情况下，一般数字式超声测深仪采用一个门控计时器，发射脉冲同时打开计时器，回波脉冲关断计时门，测出脉冲从发到收的时间以计算深度，但当未能收到信号或是第一回波前出现一点干扰，都将造成测深失败和错误数据，在水流速较大情况下测深时，换能器的工作面易产生气泡、负压，影响换能器上超声的正常收、发。另外一般的超声测深仪在使用过程中，操作人员无法断定仪器是否处于正常工作状态，仪器正常工作时，电源供给电压必须大于或等于最低正常工作电压，当供给电压低于正常工作电压时，仪器可能给出错误数据，加之过去的测深仪一般功耗较大，因此，过去的超声测深仪工作可靠性差，工作不稳定，抗干扰能力弱，测验精度低，给测验工作带来极大不便。本技术的目的是为了提供一种抗干扰能力强，测验精度高，工作可靠，操作简单的便携式超声测深仪。本技术的目的是这样实现的仪器由主机(1)、换能器(11)及电源(3)构成，换能器上附加一个导流体(12)和悬杆(14)，换能器、导流体和悬杆三者联接为一体，操作人员手持悬杆即可准确调整换能器在水中位置，将换能器放置在导流体孔穴(81)内，使换能器工作面与导流体平滑过渡消除了气泡、负压产生的可能，保证了在换能器上进行稳定可靠的超声脉冲收、发(图2)。超声脉冲的收、发都要经过收、发声器进行转换，根据计算机指令发出信号，接收来自换能器的回波信号并经过放大、虑波、检波送入计算机。本仪器的收、发声器采用专用超声集成电路组成，电路参数稳定，即或参数发生小小漂移，但由于发射电路与接收电路集成一体，收、发严格同频，不影响工作，可靠性很高。(图4)电信号经收、发声器处理后进入单片计算机(16)，计算机可对真伪信号进行识别，当多次发射脉冲信号时，计算机将每次接收到的信号按相位进行叠加，由于换能器距水底的距离相对稳定，则回波出现时间也就相对稳定，而噪声和干扰是随机的，与发射无相关关系，因而叠加后在时间轴上形成的最大数值点，即信号稳定出现点就为回波，然后由计算机确定出脉冲发、收经过的时间，这样排除了干扰，提高了抗干扰能力。超声波在水中的传播速度受水温的影响，本机由于采用计算机，测深前仅需将当时水温T输入计算机，计算机自动按公式 C＝141000＋421T－3.7T2得出当时的脉冲传播速度，然后按测得的脉冲发、收经过时间(H＝ 1/2 △t·C)自动在液晶显示器上显示出水深H，操作简单(图3)。本机工作时需一软件支持，但由于完成以上计算机功能软件方式较多，故本技术权利要求不要求对软件进行保护，仅要求保护单片计算机硬件部分。本仪器电源部分配有电压检测及告警装置，本机要求正常工作电压为10伏，当供给电压低于10伏时，主机液晶显示器上自动显示告警信号，保证了仪器工作可靠性。〔图3中虚框部分(42)〕本仪器的换能器置于导流体中心一个与换能器相同尺寸大小的孔穴(81)中(图5、图2)，换能器工作面与导流体外表面平滑过渡，因而使换能器工作面在高速水流中不产生负压、气泡。换能器的螺纹联结端穿过导流体中孔(82)(该孔径小于置放换能器的孔穴)与悬杆用螺纹联结，并使导流体被紧固在换能器与悬杆之间(图2、图5)。电源部分的电压检测及告警装置(42)由积分延时电压比较电路构成，单片计算机从P14端输出低电平，使检测电路开始工作，同或门(25)的A门输出低电平至TO，＋12VA电流通过电位器(36)对电容(33)充电(积分)，当电容(33)上电压充到一定时，这个电压通过电位器(34)电阻(35)使或门(25)的A门翻转，A门输出高电平至TO。从A门输出低电平到输出高电平的时间受＋12V电源电压影响，电压越高，这个时间越短，反之，时间越长，计算机通过TO计算这个时间，当时间长到一定值时，则说明电压过低，立即从显示器(9)上显示出电压过低的告警信号00.0。0，〔图3中虚框部分(42)〕。本技术所提供的一种便携式超声测深仪，抗干扰能力强，测深精度高，工作稳定可靠，而且操作简单，体积小携带方便，是一种适用于野外查勘、水库、湖泊、河道等内陆水体的理想测深仪。 附图说明 图1、便携式超声测深仪示意图1.主机2.换能器插座3.电池4.复位键5.测深键6.水温键7.电源开关8.外接电源插座9.液晶显示器11.换能器12.导流体13.换能器导线14.悬杆15.换能器插头图3、计算机电路板16.单片机80C3917.、18.、19.、20.，集成电路CD454322.集成电路74HC37321.集成电路27C1623.集成电路74HC0224.集成电路CD402025.集成电路CD407726.、27.、29.、33.、41.电容30.、32.、35.、37.、40.电阻28石英晶体34.、36.可调电阻31.二极管38.稳压二极管39.电解电容3.电池4.复位键5.测深键6.水温键7.电源开关42.电压检测电路(虚框内)B、＋5VA、＋12V图4、收发声板电路图43.集成电路块LM181244.、49.电解电容45.、47.、48.、51.、52.、54.、55.、63.、66.电容46.、53.、60.、61.、62.、65.、68.、72.、75.、76.、78.、79.电阻、50.线圈56.、57.、59.、54.、69.、70.、73.二极管、77.、80.稳压二极管58.、74.、71.三极管67.脉冲变压器2.换能器插座整机工作过程说明开机(或按复位键)后计算机从(2)开始执行RST程序，从指令(18～22)检查地址为3DH的RAM单元内现存的水温数据是否在0～30范围内，一般情况下，刚开机时为随机数据不在此范围，则指令(23)送入14H(十六进制数即为十进制的20)作为开机时的初始水温。而在仪器工作过程中按复位键(4)，由于3DH所存水温值已在上述范围因此就不再执行指令(23)，即保持了原来置入的水温值。指令(24)是开始单片计算机(图3、16)的内部计数器工作，该计数器计由T1输入的脉冲个数，该脉冲首先是由晶体振荡器(28)产生，经单片机(16)15分频，从单片机(16)的ALE送出，经分频器(24)二分频后由(24)的Q1输出，再送至由门电路(23)、电阻(30)、电容(29)构成的二分频电路分频。最后送至T1。石英晶体(28)的振荡频率为8兆赫芝，经上述共计(15×2×2)分频后到T1的频率为133千赫芝，超声波在水中的传播速度约为1500米／秒，按回波测深的仪器工作方式，则每秒可测的最大水深为750米。以上述计数频率对测深回波计时，可使对回波距离的分辨度达到(750／133333)＝0.0056米，优于1厘米，这样就可满足仪器测深分辩度1厘米的指标要求。指令(25)是允许单片机(16)的内部计数器溢出后对程序执行申请中断。该计数器为8位二进制位，最大可计到255，超过此数即产生溢出并申请中断，中断服务本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式超声测深仪，包括主机（１）、换能器（１１）及电源（３），其特征在于所述的主机（１）由一单片计算机（１６）、液晶显示器（９）及由超声集成电路组成的收发声器构成；换能器（１１）上附加一个导流体（１２）和悬杆（１４）；电源部分配有电压检测及告警装置（４２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康一彬，杨幼华，毛锡锟，
申请(专利权)人：四川省水文总站，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]