[发明专利]一种水下物体探测装置

说明书

技术领域

本发明属于水声探测技术领域，尤其涉及一种水下物体探测装置。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，近海岸水下垃圾检测、清除是一项新的挑战。现有技术通过动员和组织潜水爱好者进行水下人工作业的方式，对近海岸水下垃圾进行探测及清除。

然而，采用人工作业方式的可靠性低，人力成本高，随着近年水下垃圾清理任务的增多，人工作业方式降低了垃圾清理的效率。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种水下物体探测装置，便于解决现有通过人工作业方式进行水下垃圾的探测及清除，可靠性低，人力成本高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种水下物体探测装置，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。

本发明提供的水下物体探测装置通过压电换能器单元向探测水下探测物体发出声波信号，并接收反馈的回波信号后，对该回波信号进行处理分析，进而提取出水下物体的特征信息，相对于现有的人工方式而言，节约了成本，提高探测稳定性及探测效率，且硬件设计简单，易于集成于便携式装置中，可为有关部门或组织进行近海岸水下垃圾清除提供依据，经济、社会效益显著，且可应用于海底管线、船舶腐蚀等多种探测领域。

附图说明

图1是本发明提供的水下物体探测装置的原理图；

图2是本发明提供的水下物体探测装置的工作流程图；

图3是图1中发射单元的电路图；

图4是图1中混频单元、滤波单元及本振单元的电路图；

图5是图1中收发转换单元的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供的水下物体探测装置包括：进行电声信号转换和声电信号转换的压电换能器单元1，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2，用于对压电换能器单元1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3，用于通过模拟信号处理单元2发出发射控制信号，控制压电换能器单元1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2输出的电信号转换成数字信号，之后对该数字信号进行处理，提取出探测物体的特征，该特征包括与本装置的距离、运动状态和材质等信息。

其中，嵌入式系统3对该数字信号进行处理，提取出探测物体的特征的步骤具体包括：嵌入式系统3对该数字信号进行快速傅立叶变换(FFT)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3对该数字信号进行数字滤波，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3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。

如图2所示，本发明提供的水下物体探测装置的工作流程包括：

在步骤S11中，初始化后，发射控制；

在步骤S12中，向探测物体发射超声波；

在步骤S13中，接收回波；

在步骤S14中，对回波信号进行处理；

在步骤S15中，显示处理结果。

该水下物体探测装置还可以包括：连接模拟信号处理单元2的供电单元4；和/或连接嵌入式系统3的人机接口界面5。

其中，模拟信号处理单元12包括：发射单元21，用于将嵌入式系统3发出的发射控制信号进行功率放大，激励压电换能器单元1发射超声波；回波信号放大单元22，用于将模拟信号处理单元2输出的电信号进行阻抗匹配和放大；混频单元23，用于降低回波信号放大单元22放大后的电信号的频率，以达到嵌入式系统3的采样速率；滤波单元24，用于滤除混频单元23输出的电信号中的高频干扰成分；本振单元25，用于为混频单元23提供350kHz的本振频率。