可变参数式深水网箱系缆力采集仪制造技术

本发明专利技术公开了一种可变参数式深水网箱系缆力采集仪，它主要由模拟量力传感器、信号调理装置、采样保持器、A/D转换器、微处理器、数据存储器、键盘和电源供应装置组成，其中，采样频率和低通滤波截止频率的数值较小，且可以用软件程序控制两者同时改变，从而使两者的比例关系在任何情况下都满足要求，避免系缆力采样数据混频失真；A/D转换器的位数多，故转换精度高。本发明专利技术解决了信号频率成分不完全确定时的系缆力不失真测量问题，在保证采样精度的前提下，科研人员可针对不同波浪情况和不同研究目标的需要灵活设置系缆力采样参数，此外，本发明专利技术采用键盘方式和无线传输两种方式输入命令，可同时满足现场采集和远程采集的需要。

【技术实现步骤摘要】
可变参数式深水网箱系缆力采集仪
本专利技术涉及一种测量海洋浮体系泊力的仪器，具体是一种深水网箱系缆力采集仪。
技术介绍
人类对食物不断增长的需求越来越依赖于海水养殖，一个HDPEC43深水网箱的产出可以达到传统网箱的40倍，发展规模化深水网箱养殖是我国渔业发展的重要战略。然而，深水网箱养殖存在致命的安全性问题。由于养殖地点位于开放海域，在强台风作用，网箱上起系泊作用的系缆经常断裂，失去有效系泊功能的网箱在台风作用下将发生漂移、相互撞击等现象，箱内养殖的鱼苗将大量死亡。例如，2011年9月底到10月初，纳沙和尼格两大台风在湛江徐闻县连续登陆，造成徐闻县深水网箱业的重大经济损失。系缆力异常是引起网箱失效的直接原因，要解决深水网箱安全性问题，有必要掌握系缆力的特点和变化规律。我国在深水网箱系缆力的研究上基本停留在实验室尺度模型阶段，仅有个别研究机构开展了系缆力的实测研究工作。深水网箱系缆力是波浪和水流对网箱作用的结果，在台风天气时，波浪对系缆力的影响较大。波浪是动态信号，其频率成分复杂。而且波浪频率不是固定值，存在各种1Hz以下频率的波浪，这些波浪往往是非正弦波，因而存在各次谐波，波浪的高次谐波频率远大于波浪频率，其频率较高。波浪是系缆的激励信号，则系缆力的动态特性和波浪相似，因而系缆力也是动态信号，其频率成分复杂，主要为低频成分，也可能存在一些不能忽略的高次谐波成分。动态信号的精确采集需要通过滤波将信号的频带截断，以将信号转变成有效的带宽，防止出现混频失真的问题。此外，一个时刻点的信号值不能反映动态信号的全貌，动态信号的测量需要一次采样多个点，以将完整的波形测量出来，两个相邻的采样点之间的时间间隔通过设置采样频率来实现。根据测试理论，滤波的截止频率和采样频率要求以被测信号的频率为依据，然而，鉴于在波浪频率成分上尚没有成熟的研究结论，系缆力的频率成分不能完全确定，这使得系缆力采集中截止频率和采样频率的设置没有充分的依据。目前系缆力的测量方法主要采用固化截止频率和采样频率的方式，由于系缆力的频率成分的不确定性，截止频率都采用通用的高频，例如，以1000Hz作为截止频率。这种方式保留的信号成分较多，但遵照采样定理，要精确地测量到信号，采样频率至少需要为截止频率的两倍，若采样频率设置得较低，则违背测试理论，测试结果可能失真，若采样频率设置得较高，则单位时间内的采样次数过多，电能消耗过快，而深水网箱养殖点远离海岸，存在能源供应的问题，通常采用蓄电池来供电，若采样太频繁，将造成蓄电池所蓄电能快速耗尽。此外，在台风等恶劣天气下，因安全问题，测量人员不能出海，若采用远程传输的方式将测量数据传输到陆地，因高频采样方式在单位时间内的采样数据大量增加，这些数据都需要远程传输到陆地，这将增加远程传输系统的负担。在科学研究工作中，因为研究对象的未知性，需要根据研究目的动态调整采样频率值，以较好地采集到所需要的系缆力特征，固化截止频率和采样频率的测量方法不符合科研工作的要求。在其他领域有很多得到广泛应用的信号采集仪，由于测试对象的特性不同，不能用于采集深水网箱的系缆力。例如机械工程领域的切削力测试仪，其采样频率也可以变化，但由于其采用电网供电，本地数据采集方式，且切削力信号的频率较高，因此在硬件低通滤波中采用固化的高截止频率，而这些不符合海洋浮体系泊力测量的要求，因而不能应用于深水网箱系缆力测量。
技术实现思路
为了解决信号频率成分不完全确定时的系缆力不失真测量问题，克服现有的浮体系泊力测量装置不能根据需要动态改变采样参数的不足，本专利技术提供一种可变参数式深水网箱系缆力采集仪。该采集仪可以按照采集人员具体的采集需要动态改变采样频率和低通滤波截止频率，从而对不同频率的波浪作用下的深水网箱系缆力都能实现不失真测量。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：可变参数式深水网箱系缆力采集仪，它主要由模拟量力传感器、信号调理装置、采样保持器、A/D转换器、微处理器、数据存储器、键盘和电源供应装置组成，所述模拟量力传感器感知到系缆力信号并输出与系缆力大小相对应的微弱电压，经过信号调理装置中的放大器放大成较强的电压，放大器输出的较强电压经过信号调理装置中的低通滤波器滤波后变成低频电压信号，低频电压信号经过采样保持器中采样保持电路的采样保持后变成离散信号，离散信号经A/D转换器后变成数字信号，该数字信号即为所采集的数据，所述微处理器将该数据存储到数据存储器中；电源供电装置包括蓄电池和电源适配器，蓄电池通过电源适配器给整个采集仪提供电源；键盘将采样频率设置信息和采样命令传送给微处理器，微处理器将接收到的所设置的采样频率值的1/2作为截止频率值，并保存该采样频率和截止频率值；微处理器接收到采样命令后，则按照所保存的截止频率值产生低通滤波器的截止频率控制信号，该控制信号用以控制信号调理装置中的低通滤波器，并按照所保存的采样频率值产生采样开关通断控制信号，该信号控制采样保持器中的采样开关。还包括无线传输模块，无线传输模块通过串行接口与微处理器电连接，微处理器接收无线传输装置接收转发的采样频率设置信息和远程采样命令，并将接收到的所设置的采样频率值的1/2作为截止频率值，再保存该采样频率和截止频率值；微处理器接收到采样命令后，则按照所保存的截止频率值产生低通滤波器的截止频率控制信号，该控制信号用以控制信号调理装置中的低通滤波器，并按照所保存的采样频率值产生采样开关通断控制信号，该信号控制采样保持器中的采样开关；所述微处理器从数据存储器中读出采集的数据并经过无线传输模块转发给陆地采集人员。所述模拟量力传感器采用6～10吨的模拟量力传感器。所述A/D转换器采用转换位数大于14位的A/D转换器。所述无线传输模块的传输距离为10km以上。所述采样保持器中，采样开关的有效通断频率大于40Hz。所述信号调理装置中，低通滤波器的最大有效截止频率大于等于10Hz。所述采样频率的设置范围为20～80Hz。所述低通滤波器采用MAX291CPA型低通滤波器，所述采样保持器采用Philips公司生产的LF398型采样保持器，LF398型采样保持器内集成了采样保持电路和采样开关，放大后的系缆力电压信号输入到MAX291CPA型低通滤波器的IN引脚，经过低通滤波后从MAX291CPA型低通滤波器的OUT引脚输出，用MAX291CPA型低通滤波器的外部时钟控制其截止频率。所述A/D转换器采用ADC1143J型多路16位A/D转换器；所述微处理器采用ATMEL公司生产的AT89S52型控制器，用外部中断引脚P3.2接收ADC1143J型多路16位A/D转换器转换结束的中断信号，用P1.4输出ADC1143J型多路16位A/D转换器的启动信号；高位地址引脚P2.6和RD引脚的输出信号作为74LS244（1）的启动控制信号，高位地址引脚P2.7和RD引脚的输出信号作为74LS244（2）的启动控制信号，微处理器的P0接口用于接收74LS244（1）和74LS244（2）的输出数据；用P3.4引脚输出采样开关的通断控制信号；用P3.5引脚输出低通滤波器的时钟信号，作为低通滤波截止频率的控制信号。本专利技术的有益效果：1.在保证采样精度的前提下，动态改变采样频率和低通滤波截止频率，从而使得科研人员可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变参数式深水网箱系缆力采集仪，其特征在于：它主要由模拟量力传感器、信号调理装置、采样保持器、A/D转换器、微处理器、数据存储器、键盘和电源供应装置组成，所述模拟量力传感器感知到系缆力信号并输出与系缆力大小相对应的微弱电压，经过信号调理装置中的放大器放大成较强的电压，放大器输出的较强电压经过信号调理装置中的低通滤波器滤波后变成低频电压信号，低频电压信号经过采样保持器中采样保持电路的采样保持后变成离散信号，离散信号经A/D转换器后变成数字信号，该数字信号即为所采集的数据，所述微处理器将该数据存储到数据存储器中；电源供电装置包括蓄电池和电源适配器，蓄电池通过电源适配器给整个采集仪提供电源；键盘将采样频率设置信息和采样命令传送给微处理器，微处理器将接收到的所设置的采样频率值的1/2作为截止频率值，并保存该采样频率和截止频率值；微处理器接收到采样命令后，则按照所保存的截止频率值产生低通滤波器的截止频率控制信号，该控制信号用以控制信号调理装置中的低通滤波器，并按照所保存的采样频率值产生采样开关通断控制信号，该信号控制采样保持器中的采样开关。

【技术特征摘要】
1.一种可变参数式深水网箱系缆力采集仪，其特征在于：它主要由模拟量力传感器、信号调理装置、采样保持器、A/D转换器、微处理器、数据存储器、键盘和电源供应装置组成，所述模拟量力传感器感知到系缆力信号并输出与系缆力大小相对应的微弱电压，经过信号调理装置中的放大器放大成较强的电压，放大器输出的较强电压经过信号调理装置中的低通滤波器滤波后变成低频电压信号，低频电压信号经过采样保持器中采样保持电路的采样保持后变成离散信号，离散信号经A/D转换器后变成数字信号，该数字信号即为所采集的数据，所述微处理器将该数据存储到数据存储器中；电源供电装置包括蓄电池和电源适配器，蓄电池通过电源适配器给整个采集仪提供电源；键盘将采样频率设置信息和采样命令传送给微处理器，微处理器将接收到的所设置的采样频率值的1/2作为截止频率值，并保存该采样频率和截止频率值；微处理器接收到采样命令后，则按照所保存的截止频率值产生低通滤波器的截止频率控制信号，该控制信号用以控制信号调理装置中的低通滤波器，并按照所保存的采样频率值产生采样开关通断控制信号，该信号控制采样保持器中的采样开关；还包括无线传输模块，无线传输模块通过串行接口与微处理器电连接；所述微处理器从数据存储器中读出采集的数据并经过无线传输模块转发给陆地采集人员；所述模拟量力传感器采用6～10吨的模拟量力传感器；所述A/D转换器采用转换位数大于14位的A/D转换器；所述无线传输模块的传输距离为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘璨，何真，刘乐，赵耀，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：广东;44