【CN110045355A】一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910317289.2(22)申请日2019.04.19(71)申请人武汉地震计量检定与测量工程研究院有限公司地址430000湖北省武汉市武昌区小洪山(中科院武汉分院)中区70号(72)发明人刘海波　熊晶　胡俊杰　张鑫　郭若成　汪洋舰　(74)专利代理机构武汉红观专利代理事务所(普通合伙)42247代理人陈凯(51)Int.Cl.G01S7/52(2006.01)G01F25/00(2006.01)(54)发明名称一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法(57)摘要本发明提出了一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，该方法通过接收换能器、数字信号发生器和发射换能器模拟测深仪发出的声波回波，经延时后发回测深仪探头，进行不同深度的模拟检测。经发射换能器转换为回波声信号存在一定的延迟，本方法还对测深示值及测深示值误差进行修正。本发明根据回声测深仪的原理，用接收换能器、发射换能器和数字信号发生器模拟声波回波，实现回声测深仪的模拟检定；对数字示波器的通道延迟进行测算，对测深示值误差进行修正，提高测量的准确性。权利要求书2页说明书4页附图1页CN110045355A2019.07.23CN110045355A1.一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，其特征在于：包括以下步骤：A.将接收换能器的工作面和发射换能器工作面分别用耦合剂与测深仪探头的工作面紧密贴合在一起，将测深仪探头与测深仪连接；B.将接收换能器的输出端与数字示波器的模拟输入通道连接，将数字示波器的触发输出端口与数字信号发生器的外触发端口连接；将数字信号发生器的输出端口与高压放大器的输入端连接，高压放大器的输出端与发射换能器的输入端连接；C.设置模拟检定深度和模拟声波的声速，计算模拟声波传播时间，并将该传播时间设定为数字信号发生器的信号触发延时；D.开启测深仪，测深仪探头发射声波信号，接收换能器收到该声波信号后，通过示波器测量所述声波信号的频率与脉冲周期数；用测得的声波信号频率与脉冲周期数设置数字信号发生器，使数字信号发生器生成与所述声波信号频率和脉冲周期数相同的burst信号；E.burst信号经高压放大器提高信号的幅值后输入发射换能器，发射换能器将高压放大器处理的burst信号转换为回波信号后发送至测深仪探头；回波信号由回声测深仪进行处理；F.读取测深仪深度示值，将该示值与深度真值相比较，计算测深示值误差。2.如权利要求1所述的一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，其特征在于：还包括测深仪盲区检测步骤，深仪盲区检测是在读取测深仪深度示值后，将数字信号发生器的信号触发延时不断缩小，直至测深仪无法显示深度示值，测深仪显示的最小深度为测深仪盲区。3.如权利要求1所述的一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，其特征在于：还包括测深示值误差修正步骤，测深示值误差修正步骤是在计算测深示值误差之后进行。4.如权利要求3所述的一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，其特征在于：所述测深示值误差修正步骤，是关闭数字信号发生器和测深仪；将接收换能器和发射换能器与测深仪探头分离；然后将接收换能器的工作面与发射换能器工作面涂抹耦合剂后紧密贴合；将接收换能器的输出端与数字示波器的第二模拟输入通道连接；将数字信号发生器的输出端分别与数字示波器的第二模拟输入通道和高压放大器的输入端连接；将高压放大器的输出端与发射换能器的输入端连接；随后开启数字信号发生器，使数字信号发生器生成激励信号；通过数字示波器读取数字示波器第二模拟输入通道相对于第一模拟输入通道的延迟；将测得的延迟反算为传播距离，并在测深仪深度示值误差中减去该传播距离，得到修正后的示值误差。5.如权利要求4所述的一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，其特征在于：所述激励信号的频率和脉冲周期数与burst信号相同。6.如权利要求1所述的一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，其特征在于：所述耦合剂为粘性树脂或者胶泥。7.如权利要求1所述的一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，其特征在于：所述测深仪探头发射声波信号的声速为1500m/s。8.如权利要求1所述的一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，其特征在于：所述测深示值误差计算公式为其中Δhi为测深示值误差，h0为深度真值，为同一权　利　要　求　书1/2页2CN110045355A2深度的示值平均值。权　利　要　求　书2/2页3CN110045355A3一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法技术领域[0001]本发明涉及声学设备检测技术领域，尤其涉及一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法。背景技术[0002]回声测深仪是一种利用声波在水中反射进行深度测量的设备，水深测量的结果直接影响船舶航行安全、疏浚工程量结算以及相关科研成果质量。早期回声测深仪校准通过人工测量的方式，装置笨重、方法繁琐、精确度低，很难实现回声测深仪的精确检校。目前基于电信号的回声测深仪模拟检定装置可精确模拟水深和脉冲信号，可代替真实水深对单波束回声测深仪进行检校，精确度能够达到计量检定的性能要求，具有较高的普及价值。[0003]但在进行数据分析和校准的过程中，基于电信号的回声测深仪模拟检定装置只能作为水中实际比对的一种补充和完善手段，其声换能器不参与检校过程，其性能无法验证，可靠性较差。发明内容[0004]有鉴于此，本发明提出了一种可靠性高的基于声换能器的回声测深仪的模拟检定方法。[0005]本发明的技术方案是这样实现的：一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，包括以下步骤：[0006]A.将接收换能器的工作面和发射换能器工作面分别用耦合剂与测深仪探头的工作面紧密贴合在一起，将测深仪探头与测深仪连接；[0007]B.将接收换能器的输出端与数字示波器的模拟输入通道连接，将数字示波器的触发输出端口与数字信号发生器的外触发端口连接；将数字信号发生器的输出端口与高压放大器的输入端连接，高压放大器的输出端与发射换能器的输入端连接；[0008]C.设置模拟检定深度和模拟声波的声速，计算模拟声波传播时间，并将该传播时间设定为数字信号发生器的信号触发延时；[0009]D.开启测深仪，测深仪探头发射声波信号，接收换能器收到该声波信号后，通过示波器测量所述声波信号的频率与脉冲周期数；用测得的声波信号频率与脉冲周期数设置数字信号发生器，使数字信号发生器生成与所述声波信号频率和脉冲周期数相同的burst信号；[0010]E.burst信号经高压放大器提高信号的幅值后输入发射换能器，发射换能器将高压放大器处理的burst信号转换为回波信号后发送至测深仪探头；回波信号由回声测深仪进行处理；[0011]F.读取测深仪深度示值，将该示值与深度真值相比较，计算测深示值误差。[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，还包括测深仪盲区检测步骤，深仪盲区检测是在读取测深仪深度示值后，将数字信号发生器的信号触发延时不断缩小，直至测深仪无法说　明　书1/4页4CN110045355A4显示深度示值，测深仪显示的最小深度为测深仪盲区。[0013]在以上技术方案的基础上，优选的，还包括测深示值误差修正步骤，测深示值误差修正步骤是在计算测深示值误差之后进行。[0014]进一步优选的，所述测深示值误差修正步骤，是关闭数字信号发生器和测深仪；将接收换能器和发射换能器与测深仪探头分离；然后将接收换能器的工作面与发射换能器工作面涂抹耦合剂后紧密贴合；将接收换能器的输出端与数字示波器的第二模拟输入通道连接；将数字信号发生器的输出端分别与数字示波器的第二模拟输入通道和高压放大器的输入端连接；将高压放大器的输出端与发射换能器的输入端连接；随后开启数字信号发生器，使数字信号发生器生成激励信号；通过数字示波器读取数字示波器第二模拟输入通道相对于第一模拟输入通道的延迟；将测得的延迟反算为传播距离，并在测深仪深度示值误差中减去该传播距离，得到修正后的示值误差。[0015]更进一步优选的，所述激励信号与的频率和脉冲周期数burst信号相同。[0016]在以上技术方案的基础上，优选的，所述耦合剂为粘性树脂或者胶泥。[0017]在以上技术方案的基础上，优选的，所述测深仪探头发射声波信号的声速为1500m/s。[0018]在以上技术方案的基础上，优选的，所述测深示值误差计算公式为其中Δhi为测深示值误差，h0为深度真值，为同一深度的示值平均值。[0019]本发明提供的一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：[0020](1)本发明根据回声测深仪的原理，用接收换能器、发射换能器和数字信号发生器模拟声波回波，实现深度的模拟检定；声换能起参与检定过程以及检验过程，可提高模拟深度检定过程的可靠性；[0021](2)对数字示波器的通道延迟进行测算，对测深示值误差进行修正，提高测量的准确性；[0022](3)本发明不依赖专用设备，不受实验室空间尺度的限制，理论上可以实现任意深度的检定和测深仪盲区的模拟检定，适用范围广，检定结果可靠。附图说明[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0024]图1为本发明一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法的检定过程的设备接线图；[0025]图2为本发明一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法的误差修正过程的设备接线图。说　明　书2/4页5CN110045355A5具体实施方式[0026]下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。[0027]如图1所示，本发明提供了一种基于声换能器的回声测深仪模拟检定方法，包括以下步骤：[0028]A.将接收换能器的工作面和发射换能器工作面分别用耦合剂与测深仪探头的工作面紧密贴合在一起，将测深仪探头与测深仪连接；[0029]B.将接收换能器的输出端与数字示波器的模拟输入通道连接，将数字示波器的触发输出端口与数字信号发生器的外触发端口连接；将数字信号发生器的输出端口与高压放大器的输入端连接，高压放大器的输出端与发射换能器的输入端连接；[0030]C.设置模拟检定深度和模拟声波的声速，计算模拟声波传播时间，并将该传播时间设定为数字信号发生器的信号触发延时；[0031]D.开启测深仪，测深仪探头发射声波信号，接收换能器收到该声波信号后，通过示波器测量所述声波信号的频率与脉冲周期数；用测得的声波信号频率与脉冲周期数设置数字信号发生器，使数字信号发生器生成与所述声波信号频率和脉冲周期数相同的burst信号；[0032]E.burst信号经高压放大器提高信号的幅值后输入发射换能器，发射换能器将高压放大器处理的burst信号转换为反射信号后发送至测深仪探头；反射信号由回声测深仪进行处理；[0033]F.读取测深仪深度示值，将该示值与深度真值相比较，计算测深示值误差。[0034]本发明是通过接收换能器、数字信号发生器和发射换能器模拟测深仪发出的声波回波，经延时后发回测深仪探头，进行不同深度的模拟检测。步骤B中接收换能器的输出端接入任一数字示波器的模拟输入通道，其效果是等效的。[0035]由于数字信号发生器发出的burst信号，经发射换能器转换为回波声信号存在一定的延迟，故需要对测深示值及测深示值误差进行修正，测深示值误差修正步骤是在计算测深示值误差之后进行。[0036]如图2所示，测深示值误差修正步骤，是关闭数字信号发生器和测深仪；将接收换能器和发射换能器与测深仪探头分离；然后将接收换能器的工作面与发射换能器工作面涂抹耦合剂后紧密