[发明专利]一种水下物体探测装置

权利要求书

1.一种水下物体探测装置，其特征在于，所述装置包括：

进行电声信号转换和声电信号转换的压电换能器单元，用于将电信号转换成声波信号后向探测物体发射，并接收回波信号后将回波信号转换成电信号；

模拟信号处理单元，用于对压电换能器单元转换后的电信号进行放大、混频及滤波处理后输出；

嵌入式系统，用于通过模拟信号处理单元发出发射控制信号，控制压电换能器单元将电信号转换成声波信号后向探测物体发射，并对模拟信号处理单元输出的电信号转换成数字信号，之后对数字信号进行处理，提取出探测物体的特征。

2.如权利要求1所述的水下物体探测装置，其特征在于，特征包括与本装置的距离、运动状态和材质信息；嵌入式系统对对数字信号进行处理，，提取出探测物体的特征的步骤具体包括：

嵌入式系统对数字信号进行快速傅立叶变换以提取信号频率，从而确定探测物体的运动状态；

嵌入式系统对数字信号进行数字滤波，以便准确地提取回波时间信息，计算得到探测物体与本装置的距离；

嵌入式系统截取该数字信号的尾波，利用希尔伯特变换提取信号包络，并通过与预存的训练样本进行比对，确定物体材质。

3.如权利要求1所述的水下物体探测装置，其特征在于，所述装置还包括：

连接模拟信号处理单元的供电单元；和/或

连接嵌入式系统的人机接口界面。

4.如权利要求3所述的水下物体探测装置，其特征在于，模拟信号处理单元包括：

发射单元，用于将嵌入式系统发出的发射控制信号进行功率放大，激励压电换能器单元发射超声波；

回波信号放大单元，用于将模拟信号处理单元输出的电信号进行阻抗匹配和放大；

混频单元，用于降低回波信号放大单元22放大后的电信号的频率，以满足嵌入式系统的采样速率；

滤波单元，用于滤除混频单元输出的电信号中的高频干扰成份；

本振单元，用于为混频单元提供350kHz的本振信号。

5.如权利要求4所述的水下物体探测装置，其特征在于，回波信号放大单元采用型号为CA3140的芯片构成电压跟随器完成阻抗匹配，并采用型号为CA3140的芯片进行两级放大。

6.如权利要求5所述的水下物体探测装置，其特征在于，发射单元包括：反相器U1、反相器U2、反相器U3、反相器U4、反相器U5、反相器U6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、由两个三极管构成的第一达林顿电路Q1、由两个三极管构成的第二达林顿电路Q2、由两个三极管构成的第三达林顿电路Q3、由两个三极管构成的第四达林顿电路Q4；

反相器U1的输入端连接嵌入式系统3的发射控制正引脚+IN，反相器U2的输入端连接嵌入式系统3的发射控制负引脚-IN；反相器U1的输出端连接反相器U3的输入端以及反相器U4的输入端，反相器U2的输出端连接反相器U5的输入端以及反相器U6的输入端；反相器U3的输出端连接反相器U4的输出端，并通过电阻R2连接第一达林顿电路Q1中一个三极管的基极和第四达林顿电路Q4中一个三极管的基极，反相器U5的输出端连接反相器U6的输出端，并通过电阻R5连接第二达林顿电路Q2中一个三极管的基极和第三达林顿电路Q3中一个三极管的基极；第一达林顿电路Q1中另一个三极管的集电极连接+5V直流电，第一达林顿电路Q1中另一个三极管的发射极连接第二达林顿电路Q2中另一个三极管的集电极，并通过一阻抗匹配变压器连接压电换能器单元1，第二达林顿电路Q2中另一个三极管的发射极接地；第三达林顿电路Q3中另一个三极管的集电极连接+5V直流电，第三达林顿电路Q3中另一个三极管的发射极连接第四达林顿电路Q4中另一个三极管的集电极，并通过该阻抗匹配变压器连接压电换能器单元1，第四达林顿电路Q4中另一个三极管的发射极接地。

7.如权利要求6所述的水下物体探测装置，其特征在于，发射单元还包括：电阻R1和电阻R4，反相器U1的输入端通过电阻R1接地，反相器U5的输入端通过电阻R4接地。