[发明专利]一种基于工控机的回声测深仪校准系统及其校准方法

说明书

（一）技术领域：

本发明涉及测绘计量领域，尤其是一种基于工控机的回声测深仪校准系统及其校准方法。

（二）背景技术：

随着地球人口的快速增长和自然资源的缺乏，进入20世纪以来人类开始向海洋进军，航运事业也越来越快的发展，船舶的航行安全也越来越受到人们的重视，海洋测深技术被提上日程。迄今为止，在人们所熟知的各种能量形式中，在水中以声波的传播性能为最好。因此多数的测深仪都是利用声波反射原理制作的，但是目前对于被校准声波测深仪并没有一种很好的计量校准仪器，目前，对回声测深仪的检验校准的方法主要有浅水回声测深仪检定方法和模拟测深检定校准方法，浅水回声测深仪计量检定方法的主要配套设备是专用标准水池，将测深转变为测距，采用横向测长直接比对的方法，用测深仪示值与已知距离进行比对计算测量误差，利用此方法将受边界条件限制，仅能进行短距离浅水对比。模拟检定方法是用模拟信号发生器调节脉冲延时的方法，将模拟回波信号作为测深回波显示深度变化，以设定深度与测深仪示值进行校准比对，此方法的弊端为换能器不参与测试，其性能无法验证，盲区的测试也无法实测。因此研究研制一套精确的测深仪校准仪器迫在眉睫。

（三）发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于工控机的回声测深仪校准系统及其校准方法，他可以克服现有技术的不足，是一种结构简单、操作方便的校准系统，且其校准方法简单易行。

本发明的技术方案：一种基于工控机的回声测深仪校准系统，其特征在于它包括信号发生器、驱动开关电路、被校准声波测深仪、单片机、计数器、工控机和声波采集模块；其中，所述驱动开关电路的输入端接收信号发生器发出的电压信号，输出端分别连接被校准声波测深仪的输入端和单片机的输入端；所述工控机的输入端分别与连接被校准声波测深仪、计数器的输入端；所述计数器的输入端与单片机的输出端连接，且同时与声波采集模块的呈双向连接。

所述声波采集模块由传感器、放大器和AD转化器组成；其中，所述传感器的输入出与计数器呈双向连接，其输出端连接放大器的输入端；所述放大器的输出端连接AD转化器的输入端。

所述电压信号为正弦载波电压信号。

所述工控机通过RS232串口连接被校准声波测深仪。

一种上述基于工控机的回声测深仪校准系统的校准方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)首先由信号发生器产生与被校仪器工作频率相同的正弦波载波信号电压，驱动开关电路接收驱动信号，使驱动开关电路发送电信号给被校准声波测深仪及单片机，单片机一端发送信号给计数器，使其开始计时，同时被校准声波测深仪向工控机发出声波；

(2)当被校准声波测深仪发出的声波遇到水下障碍物时将反射回波信号，由被校准声波测深仪接收的同时，由声波采集模块对其声波进行采集、放大，并将转换的信号传送给计数器，由计数器完成对被校准声波测深仪声波从发射脉冲至回波信号到达的延迟时间t的检测；

(3)计数器将步骤(2)中得到的延迟时间t传送给工控机；

(4)工控机根据计数器传送来的延迟时间t，按照1500m/s标准声速值v计算被校准声波测深仪发出声波经过的距离：

S1=v*t

(5)由被校准声波测深仪自身的测距功能采集从发出声波信号到信号返回所经历的距离，记作S2，并通过RS232串口将信号发送给工控机；

(6)将S1与S2进行对比，即可完成对被校准声波测深仪的校准。

本发明的工作原理：

本发明的优越性在于： 对不同水深、底质海底回波信号进行数字采样，由计算机作为控制中心，将由人工进行的各种调节策略交由程序自动处理，进行智能化的底跟踪算法和深度判决，智能控制对量程、搜索、跟踪范围、工作频率、发射功率、脉宽、周期以及接收机自动增益和时间增益控制等进行动态调整，自动控制海底回波信号的搜索、识别到锁定跟踪，实现高质量回波信号的采集，高精度数字测深，而且结构简单、使用方便、不仅可以进行远距离校准，而且可以对换能器进行校准。

（四）附图说明：

图1为本发明所涉一种基于工控机的回声测深仪校准系统的结构示意图。

（五）具体实施方式：