[发明专利]一种适用于激流环境下的水下地形自动探测装置

摘要

一种适用于激流环境下的水下地形自动探测装置，它包括主体、平衡翼、激光测距仪、传感器、超声波测深仪、GPS流动站、GPS基准站、标尺、舵、计算机芯片、数据存储单元、LCD显示屏和电池；平衡翼、激光测距仪的发射器与接收器和传感器的探头位于主体两侧，LCD显示屏安装于主体上部，舵位于主体尾部，激光测距仪、超声波测深仪、传感器、数据存储单元、电池与计算机芯片密封于主体的工作舱中，GPS流动站安装在主体的工作舱内，GPS流动站天线位于主体上部，用防水材料包裹；GPS基准站放置于岸上空地，超声波测深仪的换能器安装在主体外部底面，标尺在GPS流动站天线外部；本发明在水下地形测量设备技术领域里有广阔的应用前景。

主权项

一种适用于激流环境下的水下地形自动探测装置，其特征在于：它包括主体、平衡翼、激光测距仪、传感器、超声波测深仪、GPS流动站、GPS基准站、标尺、舵、计算机芯片、数据存储单元、LCD显示屏和电池；平衡翼、激光测距仪的发射器与接收器和传感器的探头位于主体两侧，LCD显示屏安装于主体上部，用来显示激光测距仪、超声波测深仪、传感器和GPS流动站的数据信息；舵位于主体尾部，计算机芯片确定该装置位置后，将信息转化为电信号，控制位于主体尾部的舵运动，从而改变装置航线；激光测距仪、超声波测深仪、传感器、数据存储单元、电池与计算机芯片密封于主体的工作舱中，GPS流动站安装在主体的工作舱内，GPS流动站天线位于主体上部，用防水材料包裹；GPS基准站放置于岸上空地，防止信号和通讯受到干扰；超声波测深仪的换能器安装在主体外部底面，向水底发射超声波；标尺在GPS流动站天线外部，标尺上刻度代表的意义是从换能器底部到水面的距离；所述主体的制作材料是聚氯乙烯，形状为梭形，纵向剖面为倒三角形，宽部朝上，尖部朝下；主体内部分为两部分：下部是工作舱，采用静态密封，用来安置各种仪器设备、数据存储单元、计算机芯片；上部是浮力舱，内部有充气气囊，气囊体积大小通过充气阀调节，这样控制浮力舱内气囊的体积大小就控制整个装置的重心位置，以控制装置在水中的位置；所述平衡翼的制作材料是聚氯乙烯，形状是弧形；平衡翼焊接在主体靠近前进方向的前端，方向垂直于水平面，有预定的弧度，用来保持该装置在水中的运动方向同时提供装置前进的动力；所述激光测距仪采用改进的手持激光测距仪，将手持激光测距仪的外壳去掉，分离出仪器主要部分、激光发射器与接收器、主板、LCD显示、电源；将仪器上述部分固定于装置主体中，静态密封；激光测距仪的激光发射器与接收器透过主体两侧的小孔穿出，激光发射器不断向两侧发射激光，激光照射到河岸后反射，接收器接收反射的激光，小孔位于主体两侧中部，孔隙处用橡胶密封，防止渗水；其主板与装置的计算机芯片连接，实现装置位置的确定和控制；去除自带的电源和LCD显示屏，将仪器电源和LCD显示屏线路与装置的电源盒LCD显示屏连接；所述传感器是多参数型水质传感器，从水浅5cm到水深60m，现场即刻读出多项水质参数，包括电导率、浊度、PH、溶解氧和温度；传感器主体部分密封于主体工作舱内，传感器探头透过主体两侧的小孔穿出，小孔位于主体两侧后部，孔隙处用橡胶密封，防止渗水；传感器通过I/O接口与装置计算机芯片和数据存储单元连接，实现水质的自动分析与记录；去除自带的电源和LCD显示屏，将仪器电源和LCD显示屏线路与装置的电源盒LCD显示屏连接；所述超声波测深仪是普通超声波测深仪的改进，测量范围是0.5m到100m，将超声波测深仪外壳去掉，主体部分密封于主体工作舱内，通过I/O接口将其与计算机芯片和数据存储单元连接，实现仪器的自动控制和数据存储；超声波测深仪换能器安装在主体外部底面，向水底发射超声波，并接收反射回来的超声波来确定水底高程；超声波测深仪采用多波束测深技术，该技术属于面测量，能扫描水下一个面区域，通过改变波束开角来改变对水下的扫描区域范围，节约了测量时间，减少了工作量；去除自带的电源和LCD显示屏，将仪器电源和LCD显示屏线路与装置的电源盒LCD显示屏连接；所述GPS流动站是GPS接收机，即作为流动站使用，又能作为基站使用；GPS流动站主体部分安装在主体工作舱内，天线位于主体上部，用防水材料包裹；去除自带的电源和LCD显示屏，将仪器电源和LCD显示屏线路与装置的电源盒LCD显示屏连接；所述GPS基准站是与GPS流动站相同的GPS接收机，放置于岸上没有成片障碍物的空地，用三脚架撑起，防止信号和通讯受到干扰；通过GPS流动站与GPS基准站配合，使用GPS‑RTK技术，就能精确测量该装置的平面坐标；所述标尺的精度为1mm，量程为200mm，刻在GPS天线包裹材料外部；标尺上刻度代表的意义是从超声波测深仪换能器底部到水面的距离，这样每次测深仪测量的高程加上标尺上与水面齐平的刻度，即得到校正后的水面高程；所述的舵是流线型舵，它位于该装置主体尾部，计算机芯片确定该装置位置后，将信息转化为电信号，控制位于主体尾部的舵运动，从而改变该装置航线；所述计算机芯片采用平板电脑芯片，该计算机芯片用来接收激光测距仪的信号，计算装置在水体中的位置，控制舵的运动来改变装置位置；控制传感器、超声波测深仪和GPS流动站的工作；控制LCD显示屏显示数据；所述数据存储单元采用Flash存储芯片，该数据存储单元用来存储装置每个时间点的空间坐标数据、测量水深数据以及常规水质指标数据，待测量完毕后通过RS232接口导出到电脑中进行数据处理分析，计算机芯片、数据存储单元和I/O接口集成于一片单片机上，单片机静态密封于装置工作舱内；所述LCD显示屏是字符点阵液晶显示屏，其上显示的数据由装置计算机芯片控制；它安装于主体上部，用来显示激光测距仪、超声波测深仪、传感器和GPS流动站的数据信息；所述电池是大容量可充电锂电池组；该电池用来维持激光测距仪、传感器、超声波测深仪、GPS流动站、舵、计算机芯片以及数据存储单元的正常工作。