專利名稱：抗強噪聲水層深度遙測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水層深度測量裝置。
現有的具有測定水層深度性能的海洋儀器，均屬自容式或有線傳輸的結構，其測深性能僅限于在使用該儀器時，作為測定自身儀器所處水層深度使用。
美國專利US4，315，325公開一種回波距裝置，它通過輸入脈沖與一隨時間變化的門限電壓進行比較來完成鑒別。門限電壓是依照發射回波信號在它的通道中傳輸所預知的衰減而變化的。
US4，757，481號專利提出一種采用聲納方法探測船只前頭的海水深度，設有無線電控制裝置和發射、接收裝置。
US4，439，845號專利提供一種用于準確鑒別某一共振物體目標(例如水雷)的聲納系統，發射器發出兩種不同頻率的聲信號，接收到的聲反射波被分離(分解)成兩個頻率分量，經檢測和差值放大后的高于閥值的信號表征其共鳴物體目標，最后給予顯示或記錄。
EP0，010，331號專利提出一種測定海底輸油管和電纜位置的方法和手段。設有海上脈沖發射器、檢測器、接收信號處理電路和記錄、顯示機構。
已有的自容式水下測量儀器，不能達到實時測量的目的。例如日本(株)鶴見精機公司的T·S－STD－5型溫鹽深測量儀，加拿大實用微系統公司的CTD－12型溫深電導記錄儀，青島儀器儀表研究所的HWJ1－2型深度溫度計以及美國IO系統公司的590型自容式數字記錄資料收集裝置。
能達到實時測量的均采用水下電纜傳輸或空中射頻傳輸，且其測深性能只限于在使用該儀器時作為測定自身儀器所處的深度。例如美國尼爾布朗儀器公司的MARKⅢ溫深電導測量裝置，日本富士工業株式會社的400型溫鹽深電導測量儀以及英國N.B.A(控制)公司的TDS－7型溫鹽深測量裝置等。
本發明的目的在于提供一套抗強噪聲干擾的水層深度遙測裝置，可用于條件復雜的近海、淺海區遙測水下儀器、設備或物體所處水層深度的實時、準確測量。既可用于單層水深測量，也可用于同時測量多層水深。
本裝置由發射器和接收機組成。
發射器包括傳感器、轉換電路、發射換能器和電源等部件。傳感器采用應變式壓力傳感器。轉換電路采用V－T線性變換電路，經放大和調制振蕩電路后加入若干個有方向性的發射換能器。
接收機包括接收換能器、信息檢測與處理電路、數字顯示裝置和電源等部件。信息檢測與處理電路包括寬帶放大電路、限幅整形電路、分頻器、選頻濾波網絡、時鐘信號發生器、選頻信號產生器和信號包絡檢測器。
V－T線性變換電路由V－F變換電路和F－T變換電路組成。精密的電壓－頻率變換器(VFC)由集成器件LM331實現。F－T變換器由晶體振蕩器、與門、門控單元、計數器、寄存器和數值比較器等組成。與門(一)與V－F變換電路的輸出端連接。晶體振蕩器輸出的時鐘脈沖信號送與門(二)、(三)，門控單元的高電位輸出和與門(一)、(二)的輸入端連接；低電位輸出和與門(三)的輸入端連接。與門(一)的輸出端與寄存器連接，寄存器的數值送數值比較器。與門(二)的輸出端與計數器(一)連接，計數器(一)的輸出進入門控單元。與門(三)的輸出端與計數器(二)連接，計數器(二)的輸出送數值比較器。數值比較器輸出的脈沖信號(f)送至門控單元、寄存器、計數器(二)和放大調制電路。
接收機部分的信息檢測與處理電路的寬帶放大器輸出端與限幅整形電路連接，限幅整形信號送2分頻電路。選頻時鐘信號發生器的輸出和2分頻電路的輸出一起輸入數字選頻濾波器(1)，2分頻電路的輸出同時送選頻信號產生器。選頻信號產生器的輸出送數字選頻濾波器(1)和(2)，選頻濾波器(1)的輸出也送至選頻濾波器(2)，選頻濾波器(2)的輸出送信號包括絡檢測器。
本發明的水下發射器采用由精密的V－F變換電路和F－T變換電路組成的V－T變換電路，獲得轉換精度高，參數穩定的PPM數字信號，使得本發明不僅可單獨作為水下測深儀器使用，或直接配合其他海洋儀器與設備使用，還可做為訂正儀器使用，具有廣泛的通用性。由于采用數字選頻濾波最佳接收法，因此具有抗強噪聲干擾的特性，裝置可在走航條件下穩定工作。根據發射和接收電路具有的優良特性，裝置采用PPM－ASK、頻分多路的傳輸方式，即每套裝置有多個信息發射器，既可進行單層測量，也可同時進行多層的測量。同時具有測量準確，接收靈敏度高，實時測量等優點。
圖1為發射器的電原理圖。
圖2(a)和(b)為接收機的電原理方框圖。
圖3為數字選頻濾波接收電路圖。
圖4為 數字選頻濾波電路各級波形圖。
以下結合附圖給出本發明的實施例。
本裝置包括發射器和接收機。如圖1所示，發射器包括傳感器〔1〕、轉換電路、放大調制電路、發射換能器和電源等。傳感器采用應變式壓力傳感器。轉換電路采用V－T線性變換電路，由V－F變換電路和F－T變換電路組成。壓力傳感器的輸出信號送至V－F變換電路的輸入端，集成電路IC1(LM331)完成精密的V－F變換，其輸出經IC11的整形后送IC2的與門(一)(8、9腳)。F－T變換電路由晶體振蕩器、與門(一)、與門(二)、與門(三)、門控單元、計數器(一)、計數器(二)、寄存器和數值比較器等組成。晶體振蕩器IC4輸出的時鐘脈沖信號(CP)送至IC2的與門(二)(5、6腳)和與門(三)(12、13腳)。門控單元IC5的高電位輸出Q和與門(一)、(二)的輸入端連接；低電位輸出Q和與門(三)的輸入端連接。與門(一)的輸出端(10腳)與寄存器IC3連接，寄存器的數值送數值比較器IC8、9、10。與門(二)的輸出端(4腳)與計數器(一)IC6連接，計數器(一)的輸出送門控單元IC5。與門(三)的輸出端(11腳)與計數器(二)IC7連接，計數器(二)的輸出送數值比較器IC8、9、10。數值比較器輸出的脈沖信號(f)經IC11整形送至門控單元IC5、計數器(二)、寄存器IC3和放大調制電路。放大調制電路包括跟隨器T1、振蕩調制電路T2和功放電路T3、4。功率輸出信號直接加于發射換能器Z1。發射換能器可以多個。
接收機包括接收換能器Z2、信息檢測與處理電路、數字顯示裝置和電源等。信息檢測與處理電路包括寬帶放大電路〔2〕、限幅整形電路〔3〕、分頻器〔4〕、選頻濾波網絡〔5、6〕、時鐘信號發生器〔7〕、選頻信號產生器〔8〕和ASK信號包括檢測器〔9〕，如圖2(a)、(b)和圖3、4所示。接收換能器Z2的輸出接寬帶放大電路，寬帶放大電路的輸出信號(a)經由與門組成(IC16的5、6、4端組成的與門一〔10〕和1、2、3端組成的與門二〔11〕)的限幅整形電路和2分頻觸發器(由IC15的1／2雙D觸發器4013組成，3端輸入，1端輸出)后，與時鐘信號(c)一起送入選頻濾波器〔5〕，同時也送入選頻信號產生器〔8〕。選頻濾波器〔5〕和選頻信號產生器〔8〕的輸出信號(g)和(h)送入選頻濾波器〔6〕，把仍包括有噪聲信號再次進行選頻濾波，濾波后的信號(i)送ASK信號包絡檢測器〔9〕。
寬帶放大器由四級晶體管放大器(T5－8)組成。選頻濾波器〔5〕由IC16、14、12、17、19組成，通過計算包括噪聲在內的每個信號周期時間，來確定輸入信號的頻率，而后把有用的已知ASK載頻信號檢測出來，并對無用信號進行濾波。其過程是通過與門三〔13〕用信號(b)調制時鐘信號(c)，再把受調信號(d)輸入計數器〔14〕。計數器〔14〕的輸出端Q1－6分別加在與門四〔15〕、與門五〔16〕、4－6譯碼器〔20〕及與門六〔17〕上。計數器每計完輸入信號一周期內的時鐘數后，其計算結果由計數器和譯碼器輸出，其輸出線的連接是根據所要求選出的已知頻帶設計的。當計數結果表明輸入信號的頻率是落在要求選出的頻帶時，則該選出線即以高電位輸出，否則即以0電位輸出。高電位輸出的持續時間為該頻率的周期。當然在計數過程中，各輸出線可能會有輸出，即當輸入信號或噪聲的頻率低于該選出線的要求頻率時，該線會有輸出，或者與門三長期處于開啟狀態時，輸出線均會有輸出，但一切非選頻的輸出均是窄脈沖的輸出，其脈寬僅為時鐘信號(c)的周期Tn＝1μS。加于計數器〔14〕的信號(e)是由信號(b)的每個方波下降沿延遲〔21〕后的脈沖信號，其延遲時間te略小于該輸入信號(b)的周期而大于Tn，其作用是把計數器每計完一次輸入信號周期的時鐘數后，在下一次開始計數前，把計數結果檢出，使計數器和譯碼器復原。這時，若輸入信號為要求選出的信號時，即該選出線的輸出(g)是脈沖寬度為τe的脈沖信號，而噪聲信號的輸出仍是寬度為Tn的脈沖信號，τe＞Tn。通過琴鍵開關S2的信號(g)和信號(h)送入選頻濾波器〔6〕，把仍包括有噪聲和有用信號的(g)信號，再次進行選頻濾波，達到濾去噪聲的目的，并進行ASK信號的包絡檢測。信號(h)是由方波信號(b)下降沿延遲〔22〕τh的脈沖信號，τh應滿足Tn＜τh＜τe，與門七〔18〕的輸出只有被選出的有用信號，輸出信號再與信號(j)加到與門八〔19〕。(j)信號是按已知ASK信號碼元寬度為基準脈寬的脈沖信號，它控制選出信號在ASK信號的寬度內進行數字包絡計算，相當于數字包絡檢波，輸出信號再送入計數器〔26〕進行包絡檢測后的累加比較判決，判決是相對某一設計的比較值進行。最后的輸出信號(1)恢復成原發射的PPM脈沖列信號，以使送入后接的電路進行信息處理以及數據顯示及打印〔27〕。其〔23〕、〔24〕和〔25〕均為單穩觸發器。〔12〕是時鐘信號發生器〔7〕的分頻電路。
如圖4所示，時鐘信號發生器是由4MC的晶體通過集成器件74LS04〔IC22〕產生的信號再經分頻，1端輸出。與門三由IC17(4081)的5、6和4端組成。1／2的雙4位二進制同步加法計數器4520〔IC20〕完成1／4分頻，12端輸出。計數器〔14〕由7位二進制計數器4024〔IC14〕完成，其Q1～Q5的輸出分別為12、11、9、6、5輸出端。4－16譯碼器4514〔IC12〕對應IC14的Q5、Q4、Q3、Q2的輸出，1010、1011、1101、1111、0001其輸出端為20、19、13、15、9端。單穩延遲〔21〕、〔22〕均采用1／2的雙單穩觸發器4528〔IC13〕，輸出端分別為5、7端和9、11端。與門四、五、六選用4081〔IC17〕，輸入端分別為12、13，1、2，8、9；輸出端分別為11、3和10。與門七、八選用4081〔IC19〕，輸入端分別為5、6和1、2；輸出端分別為4和3。計數器〔26〕由1／2的4520〔IC20〕完成，1端輸入，5端輸出。單穩觸發器〔23、24〕由1／2的4528〔IC18〕完成，輸入端分別為4和12；輸出端分別為5、7和9、11。單穩穩發器〔25〕由1／24528〔IC21〕完成，輸入端為12，輸出端為9、11。信息處理、數據顯示及打印為已有的設備。
權利要求1.一種水層深度遙測裝置，由發射器和接收機組成，發射器包括傳感器、轉換電路、發射換能器和電源，接收機包括接收換能器、信息檢測與處理電路、數字顯示裝置和電源等，其特征在于(1)、所說的發射器轉換電路采用V-T線性變換電路，由V-F變換電路和F-T變換電路組成，V-F變換電路由集成器件LM331實現，F-T變換器由晶體振蕩器、與門、門控單元、計數器、寄存器和數值比較器組成，與門設與門(一)、(二)、(三)，與門(一)與V-F變換電路的輸出端連接，晶體振蕩器輸出的時鐘脈沖信號送與門(二)、(三)，門控單元的高電位輸出和與門(一)、(二)的輸入端連接，低電位輸出和與門(三)的輸入端連接，與門(一)的輸出端與寄存器連接，寄存器的數值送數值比較器，與門(二)的輸出端與計數器(一)連接，計數器(一)的輸出進入門控單元，與門(三)的輸出端與計數器(二)連接，計數器(二)的輸出送數值比較器，數值比較器輸出的脈沖信號送至門控單元、寄存器、計數器(二)和放大調制電路；(2)、所說的接收機信息檢測與處理電路包括寬帶放大電路、限幅整形電路、分頻器、選頻濾波網絡、時鐘信號發生器、選頻信號產生器和信號包絡檢測器，寬帶放大電路輸出端與限幅整形電路連接，限幅整形信號送2分頻電路，選頻時鐘信號發生器的輸出和2分頻電路的輸出一起輸入數字選頻濾波器(1)，2分頻電路的輸出同時送選頻信號產生器，選頻信號產生器的輸出送數字選頻濾波器(1)和(2)，選頻濾波器(1)的輸出也送至選頻濾波器(2)，選頻濾波器(2)的輸出送信號包絡檢測器。
2.如權利要求1所述的水層深度遙測裝置，其特征在于轉換電路輸出經放大和調制振蕩電路后加入若干個有方向性的發射換能器。
專利摘要本實用新型涉及一種水層深度測量裝置，它提供一種抗強噪聲干擾的水層深度遙測裝置。包括發射器和接收機。采用V-T線性變換電路，若干個有方向性的發射換能器，采用數字電路運算方法實現關鍵的F-T線性轉換，獲取轉換精度高、參數穩定的PPM數字信號。并采用數字選頻濾波最佳接收方法，所以不僅可單獨作為測深儀器使用，或直接配合其他海洋儀器與設備使用，還可作為訂正儀器；可進行單層或多層的測量，精度高，通用性強。
文檔編號G01S15/00GK2096075SQ9022716
公開日1992年2月12日 申請日期1990年12月31日 優先權日1990年12月31日
發明者傅仰大, 粘寶卿 申請人:廈門大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
