一种水中声速测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种水中声速测量装置，属于水下测绘、水声测量领域。具体来说该装置由机械结构和电子单元两部分组成。其中机械结构部分由依次相连的超声反射板、反射板支撑杆、传感器安装板、电子舱外壳、连接器安装板、水密连接器以及安装于传感器安装板上的超声换能器和舱外温度传感器组成；电子单元部分由依次相连的水密连接器、电源系统、通信接口电路、微处理器、高精度测时单元、超声收发单元、超声换能器以及与微处理器依次相连的温度测量单元、舱内温度传感器、舱外温度传感器组成。该装置具有声速测量精度高、测量速率快、体积小、功耗低等优点，广泛适用于海洋调查、水下工程、水下测绘、水下导航定位等多个领域。

【技术实现步骤摘要】
一种水中声速测量装置
本技术涉及的是水下测绘、水声测量领域，更确切地说，涉及一种水中声速测量装置，广泛应用于海洋调查、水下工程、水下测绘、水下导航定位等多个领域。
技术介绍
水中声速作为所有声纳设备的一个重要参数在海洋调查、水下工程、水下测绘、水下导航定位等诸军事、民用领域得到广泛应用。随着各种声纳设备的升级，对声速测量的精度也提出了越来越高的要求，因此高精度的水中声速测量装置也在相关领域技术提升方面起着至关重要的作用。作为基础物理参数之一的水中声速，其范围一般在1400米/秒至1600米/秒之间，主要与水中的温度、盐度和水压力三个基础物理参数相关，因此一种通过测量水中的温度、盐度和水压力三个物理参数，再通过关系式反算水中声速的方法被提出，并得到了较长时间的应用，这种测量方法被称为间接测量法。但是，由于到目前为止，科学界尚未找到声速与另外三个物理量之间确切的解析表达关系，因此间接测量法所使用的声速与温度、盐度、水压力的关系式均为试验统计得到经验公式，相对精度较低。另外一种基于解析表达式，声速V=D/T的声速测量方式叫直接测量法。直接法声速测量是以测量某一固定距离D之间声波传播所需要的时间T为基础的。当声速的测量精度确定后,已知距离越大,对测时精度要求越低,所以通常是测量声波在已知距离内往返多次的时间，即用接收到的反射回波信号去触发发射电路,再发射下一个脉冲,这样不断地循环下去,以降低对测时精度的要求,这种方法被称为“环鸣法”。传统的直接测量法声速仪都是基于“环鸣法”进行声速测量。“环鸣法”声速测量精度一般最高只能达到±0.2米/秒，已无法满足对高精度声速测量的需求，同时“环鸣法”由于需要多次循环，因此其测量速率相对较低，难以满足声速快速变化场合的测量应用。
技术实现思路
鉴于此，本技术公开了一种水中声速测量装置，该装置由机械结构和电子单元部分组成，其中机械结构部分由依次相连的超声反射板（101）、反射板支撑杆（102）、传感器安装板（104）、电子舱外壳（105）、连接器安装板（108）、水密连接器（109）以及安装于传感器安装板（104）上的超声换能器（103）和舱外温度传感器（107）组成；电子单元部分由依次相连的水密连接器（109）、电源系统（206）、通信接口电路（201）、微处理器（202）、高精度测时单元（203）、超声收发单元（204）、超声换能器（103）以及与微处理器（202）依次相连的温度测量单元（205）、舱内温度传感器（207）、舱外温度传感器（107）组成。本技术所公开的一种水中声速测量装置，其反射板支撑杆（102）两端分别由紧固螺钉（106）固定在超声反射板（101）和传感器安装板（104）之间，并确保超声反射板（101）与传感器安装板（104）保持平行且相对距离为固定值。本技术所公开的一种水中声速测量装置，其电源系统（206）由依次相连的电源保护电路（301）、低噪声隔离电源（302）、数字电路供电电源（303）、模拟电路供电电源（304）和功率放大器电源（305）组成；外部供电电源通过水密连接器（109）与电源保护电路（301）相连为设备供电。本技术所公开的一种水中声速测量装置，其超声收发单元（204）的信号发射部分由依次相连的功率放大器（306）、发射匹配电路（307）、变压器耦合电路（308）和超声换能器（103）组成，将电信号转换成超声信号并辐射到水中；接收部分由依次相连的超声换能器（103）、变压器耦合电路（308）、接收限幅电路（309）、接收开关电路（301）组成，将超声反射板（101）反射的超声信号转换成电信号。本技术所公开的一种水中声速测量装置，其高精度测时单元（203）由依次相连的高速门延迟计时电路（401）、高速动态存储器（402）、高位计数器（403）、计时后处理电路（404）。高精度测时单元（203）的测时工作由“STAR”信号触发开始，由“STOP”信号触发结束，“STOP”信号触发结束后高速动态存储器（402）数据作为低位计数器值，高位计数器（403）的计数结果作为高位计数器值分别传入计时后处理电路（404），并最终组合形成计时结果。本技术所公开的一种水中声速测量装置，其高精度测时单元（203）中的高速门延迟计时电路（401）特征在于其核心部分是由依次相连的具有固定传输延迟的各类延迟门组成的延迟链；延迟链中的每个延迟门（405）的输出端都分别与高速动态存储器（402）的相连；延迟链末端的延迟门（406）与高位计数器（403）相连，形成计数进位；延迟链末端通过反向延迟门（407）反馈到“START”信号输入端并通过组合状态延迟门（408）与“START”信号组合生成下一轮计时信号。本技术所公开的一种水中声速测量装置，其温度测量单元（205）通过舱内温度传感器（207）和舱外温度传感器（107）测量舱内电子系统和舱外水体环境的实时温度变化，并生成温度修正参数，修正由于温度变化引起的声速测量误差。本技术所公开的一种水中声速测量装置，其声速测量的基本流程为微处理器（202）控制高精度测时单元（203）产生测时开始信号“START”，同时产生发射信号，发射信号依次通过功率放大器（306）、发射匹配电路（307）、变压器耦合电路（308）由超声换能器（103）将超声信号辐射到水中，声波在水中传播过程中遇到超声反射板（101）形成反射声信号，反射声信号依次通过超声换能器（103）、变压器耦合电路（308）、接收限幅电路（309）、接收开关电路（310）形成接收电信号传入高精度测时单元（203）经过处理形成“STOP”信号完成计时工作，微处理器（202）读取高精度测时单元（203）测时结果并结合温度测量单元（205）测量得到的舱内电子系统和舱外水体环境的实时温度进行修正，在确知超声换能器（103）和超声反射板（101）之间往返距离的情况下，最终计算得到水中的实时声速，并将测量结果通过通信接口电路（201）和水密连接器（109）传送给其他仪器设备。本技术所公开的一种水中声速测量装置，其基本原理采用声速V=D/T的声速测量原理，即水中的超声波在超声换能器（103）与超声反射板（101）间的往返传播时间T由高精度测时单元（203）精确测得，超声换能器（103）到超声反射板（101）间往返距离D通过多次多温度点的测量校准过程进行精确计算拟合，再通过公式计算得到高精度水中声速V。本技术所公开的一种水中声速测量装置其优点在于采用基于门延迟测时技术的高精度测时单元（203）进行超声往返时间的精确测量，使测时精度达到纳秒量级，大大提高测时精度，同时通过多次多温度点的测量校准过程可以精确计算拟合出超声换能器（103）到超声反射板（101）间距离，使声速测量精度大大提高。利用高精度温度传感器同时测量舱内外温度形成的温度修正系数，还能够进一步提高声速测量精度，使得水中声速测量的精度达到±0.05米/秒。由此可见，本技术设计新颖、技术含量高、易于实现且成本较低，非常适合于海洋调查、水下工程、水下测绘、水下导航定位等多个领域的应用。附图说明为了使本技术的内容更利于相关专业技术人员理解，下面对附图进行简单说明。图1为本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水中声速测量装置，其特征在于该装置由机械结构和电子单元部分组成，其中机械结构部分由依次相连的超声反射板（101）、反射板支撑杆（102）、传感器安装板（104）、电子舱外壳（105）、连接器安装板（108）、水密连接器（109）以及安装于传感器安装板（104）上的超声换能器（103）和舱外温度传感器（107）组成；电子单元部分由依次相连的水密连接器（109）、电源系统（206）、通信接口电路（201）、微处理器（202）、高精度测时单元（203）、超声收发单元（204）、超声换能器（103）以及与微处理器（202）依次相连的温度测量单元（205）、舱内温度传感器（207）、舱外温度传感器（107）组成。

【技术特征摘要】
1.一种水中声速测量装置，其特征在于该装置由机械结构和电子单元部分组成，其中机械结构部分由依次相连的超声反射板（101）、反射板支撑杆（102）、传感器安装板（104）、电子舱外壳（105）、连接器安装板（108）、水密连接器（109）以及安装于传感器安装板（104）上的超声换能器（103）和舱外温度传感器（107）组成；电子单元部分由依次相连的水密连接器（109）、电源系统（206）、通信接口电路（201）、微处理器（202）、高精度测时单元（203）、超声收发单元（204）、超声换能器（103）以及与微处理器（202）依次相连的温度测量单元（205）、舱内温度传感器（207）、舱外温度传感器（107）组成。2.如权利要求1所述的水中声速测量装置，其特征在于反射板支撑杆（102）两端分别由紧固螺钉（106）固定在超声反射板（101）和传感器安装板（104）之间，并确保超声反射板（101）与传感器安装板（104）保持平行且相对距离为固定值。3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤云龙，么彬，鲁东，赵园，叶长林，章小敏，
申请(专利权)人：北京海卓同创科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11