專利名稱：實(shí)驗(yàn)室用水下超聲地形測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量?jī)x，特別是涉及一種測(cè)量水下地形的儀器。
在淺海石油開(kāi)發(fā)中，浪和流的沖刷作用嚴(yán)重地威脅著海上平臺(tái)等建筑物的穩(wěn)定和安全，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)模型作沖刷試驗(yàn)，可以找出沖刷的規(guī)律，以便研究出防范的措施，而沖刷試驗(yàn)的關(guān)鍵，就是快速而精確地測(cè)量水下地形。目前，尚未見(jiàn)有滿足這種需求的儀器。
本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)驗(yàn)室用水下超聲地形測(cè)量?jī)x，它能彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的上述需求。
本實(shí)用新型有一測(cè)量?jī)x殼體，其特征是在其面板上裝有電源開(kāi)關(guān)、測(cè)量和校正轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、電壓表、LED顯示器和鍵盤，在殼體后面板上裝有散熱器、穩(wěn)壓管和電源插頭，在殼體內(nèi)裝有變壓器，上部裝有一塊線路板，在此線路板上裝有8個(gè)插座、整流橋、穩(wěn)壓器、發(fā)射電路和接收電路器件、增益控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路器件，在此線路板下面還有線路板，上面裝有中央控制和數(shù)據(jù)處理電路器件此外還有換能器及校正器。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是能迅速精確地在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)在高速運(yùn)動(dòng)中測(cè)定水下地形。
下面通過(guò)實(shí)施例和
本實(shí)用新型。
附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為其校正器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為其發(fā)射及接收電路圖。
附圖4為其增益控制及狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路圖。
附圖5為其中央控制及數(shù)據(jù)處理電路圖。
本實(shí)用新型有一測(cè)量?jī)x殼體，在其面板上裝有電源開(kāi)關(guān)(10)、測(cè)量和校正轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(11)、電壓表(9)、LED顯示器(7)和鍵盤(8)。在殼體后面板上裝有散熱器(1)、電阻(3)、穩(wěn)壓管(2)和電源插頭(圖中未畫出)。在殼體內(nèi)裝有變壓器(4)，上部裝有線路板(6)，此線路板(6)上裝有8個(gè)插座(5)、整流橋、穩(wěn)壓器、發(fā)射電路和接收電路器件、增益控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路器件。在此線路板(6)下面還有線路板(圖中未畫出)，上面裝有中央控制和數(shù)據(jù)處理電路器件。此外還有校正器(12)和換能器。
本實(shí)用新型的電路如附圖3、4、5所示。附圖3的左邊為發(fā)射電路，右邊為接收電路。發(fā)射電路包括變壓器(圖中未畫出)及與之連接的整流電路器件，后者的輸出端經(jīng)R58電阻一路接到晶閘管的陽(yáng)極，晶閘管的控制極接附圖3左下方的觸發(fā)電路的輸出端，它的陰極接地，另一路經(jīng)限幅電路接到接收電路的輸入端。接收電路共有4路，其輸出端分別為F1、F2、F3和F4。
附圖4上方左右兩側(cè)為增益控制電路，它們主要由集成塊MAX339組成，左邊的集成塊IC12的4、5、6、7腳分別接到接收電路的輸出端F1、F2、F3和F4上。集成塊IC12輸出接到由IC6集成塊MAX944和IC8、IC9集成塊4538構(gòu)成的四路幅度鑒別電路上。接收電路的輸出端F1、F2、F3和F4接到IC7集成塊MAX944和IC10、IC11集成塊4538構(gòu)成的四路幅度鑒別電路上。8路幅度鑒別電路的輸出端分別為S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7。
由單片機(jī)8031、8鎖存器74LS373、只讀存儲(chǔ)器EPROM2764、RAM6264、可編程鍵盤/顯示器接口8279、并行輸入/輸出接口8155、雙2-4譯碼器74LS139、3-8譯碼器74LS138、RS-232通信接口MAX232、鍵盤和8位數(shù)碼管顯示器組成8031用戶系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有鍵盤操作，控制儀器運(yùn)行，數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸?shù)裙δ?。附圖5中下部的插頭J2，分2路經(jīng)限位信號(hào)輸入電路和經(jīng)定位信號(hào)輸入電路的輸出端分別接到單片機(jī)8031的12和14腳上。前述狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路8個(gè)通道的輸出端S0-S7分別接到附圖5中下部的集成塊815529-36腳上。前述增益控制電路的輸入端F5、F6、F7和F8、F9、F10接到集成塊8155的22-27相應(yīng)的腳上。附圖3左下部觸發(fā)電路的輸入端F0接到集成塊8155的21腳上。狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路的輸出端F11接在單片機(jī)8031的13腳上。
本實(shí)用新型要與測(cè)量車、測(cè)量橋、微機(jī)、定位信號(hào)發(fā)生器和限位信號(hào)發(fā)生器配合使用。測(cè)量實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水下地形時(shí)，先將本測(cè)量?jī)x的換能器置于測(cè)量區(qū)域之外的測(cè)量車上，換能器下端面要放在水下，啟動(dòng)測(cè)量?jī)x，當(dāng)測(cè)量車運(yùn)行進(jìn)入測(cè)量區(qū)域時(shí)，讓配用的限位信號(hào)發(fā)生器發(fā)出一個(gè)限位信號(hào)，此限位信號(hào)由繼電器隔離，經(jīng)過(guò)IC24雙單穩(wěn)觸發(fā)器4538去抖動(dòng)和反相器IC22反相之后送入集成塊8031的外部中斷口，同時(shí)定位信號(hào)發(fā)生器每隔一段距離發(fā)出一個(gè)定位信號(hào)，定位信號(hào)經(jīng)T1L117光電隔離送入集成塊8031的定時(shí)器0′外部輸入端。集成塊8031首先響應(yīng)外中斷INT0，使儀器進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，當(dāng)定位信號(hào)的個(gè)數(shù)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，儀器進(jìn)行一次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果在集成塊6264中暫存，同時(shí)在顯示器上顯示，當(dāng)測(cè)量車運(yùn)行超出測(cè)量區(qū)域時(shí)，再發(fā)出一個(gè)限位信號(hào)，再次啟動(dòng)INT0中斷，儀器結(jié)束一個(gè)斷面的測(cè)量，把暫存在集成塊6264中的數(shù)據(jù)通過(guò)串行口傳送給微機(jī)，由微機(jī)存盤作進(jìn)一步處理。然后測(cè)量橋前進(jìn)一步，測(cè)量車往回運(yùn)動(dòng)，再次進(jìn)入測(cè)量區(qū)，重復(fù)上述過(guò)程。聲波由換能器發(fā)射在水中傳播，送到水和水池底部界面時(shí)，一部分能量反射回來(lái)，反射波的強(qiáng)度與底質(zhì)有關(guān)，變化很大，為了獲得較高的信噪比，本測(cè)量?jī)x設(shè)置了自動(dòng)增益控制電路，如圖3所示，F(xiàn)1、F2、F3和F4四個(gè)輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)四種不同的增益的電路輸出，需要選擇其中哪一路由IC12集成塊MAX339來(lái)控制，在狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路中設(shè)置了四種不同閾值的幅度鑒別電路，對(duì)信噪比作進(jìn)一步控制，由IC12選中某一路增益控制電路之后，信號(hào)經(jīng)IC12的6腳送入幅度鑒別電路，再由IC13選擇某閾值的通道，由IC15:A反相器反相，送入8031集成塊的外中斷INT1；通過(guò)IC12和IC13實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)控制。
儀器啟動(dòng)之后，由軟件控制IC12和IC13，使儀器處于低靈敏度狀態(tài)，當(dāng)響應(yīng)計(jì)數(shù)器T0中斷后，由軟件控制觸發(fā)電路，使換能器發(fā)射一束聲波，并同時(shí)打開(kāi)定時(shí)器T1記時(shí)，在回波信號(hào)到達(dá)換能器之前，由軟件控制IC12和IC13，使儀器處于高靈敏度狀態(tài)，使回波信號(hào)通過(guò)所選擇的通道達(dá)到IC15反相器，反相之后進(jìn)入INT1。單片機(jī)8031響應(yīng)INT1中斷后，關(guān)閉定時(shí)器T1，然后取出所記錄的時(shí)間，計(jì)算出換能器到水底的距離，把結(jié)果暫存在隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM6264中，同時(shí)在顯示器上顯示，并將儀器恢復(fù)到低靈敏度狀態(tài)，等待下一次計(jì)數(shù)器T0中斷進(jìn)行下一次測(cè)量。由IC12可選擇四種增益中的任一種，對(duì)應(yīng)每一種增益狀態(tài)，由IC13可選擇四種不同閾值的通道中任一通道，共有十六種狀態(tài)可供選擇。這十六種狀態(tài)，由IC8,IC9,IC10,IC11監(jiān)視，其輸出端S0～S7送到集成塊8155，在每次測(cè)量中由8031通過(guò)8155進(jìn)行測(cè)量，用編碼的形式顯示在顯示器的左邊兩位，供實(shí)時(shí)監(jiān)視反射聲波的強(qiáng)度，以判斷測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性，如果監(jiān)測(cè)的狀態(tài)超出這十六種狀態(tài)，測(cè)量即為無(wú)效，在顯示器上可以看到，也可把狀態(tài)標(biāo)志與所測(cè)數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)，供數(shù)據(jù)處理時(shí)用。
聲波在水中的傳播速度受水溫和水質(zhì)的影響，并因此而需要用校正器校正。校正器由兩塊平行金屬板用三根金屬桿連接而成，一板中心有一圓孔，孔上有一圓管，把換能器固定在圓管內(nèi)，換能器發(fā)射面穿過(guò)此孔，另一板作為反射面。調(diào)節(jié)換能器發(fā)射面距反射面為100mm(也可取其它距離)把圖1中的開(kāi)關(guān)K(11)打向校正時(shí)，校正器接入儀器，啟動(dòng)校正程序，測(cè)出聲速校正系數(shù)，在8031的寄存器中暫存，供測(cè)量時(shí)使用，校正過(guò)程在1秒鐘之內(nèi)完成。聲速校正可保證在不同環(huán)境下測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。每啟動(dòng)一次校正，都是取100次的平均值，可消除各種隨機(jī)誤差。
儀器一經(jīng)啟動(dòng)，進(jìn)入工作狀態(tài)之后，就不需人工干預(yù)，自動(dòng)完成測(cè)量、數(shù)據(jù)處理結(jié)果及狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)斷面測(cè)量完成之后，進(jìn)入下一斷面的測(cè)量，儀器自動(dòng)重復(fù)上述過(guò)程，與微機(jī)聯(lián)機(jī)可接受微機(jī)的命令，按指令運(yùn)行。測(cè)量結(jié)果可以在一個(gè)斷面測(cè)量之后傳送給微機(jī)，也可在測(cè)量過(guò)程中實(shí)時(shí)向微機(jī)傳送。
本測(cè)量?jī)x以單片機(jī)8031為核心，組成中央控制機(jī)?？刂栖浖Y(jié)在集成塊2764中，換能器裝在測(cè)量車上，后者可在軌道上沿水池的橫向運(yùn)行，也可以將測(cè)量車放在測(cè)量橋上沿水池縱向運(yùn)動(dòng)。
本儀器己在勝利油田灘海工程模擬實(shí)驗(yàn)室作了成功的實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求1．一種實(shí)驗(yàn)室用水下超聲地形測(cè)量?jī)x，有一測(cè)量?jī)x殼體，其特征是在其面板上裝有電源開(kāi)關(guān)(10)、測(cè)量和校正轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(11)、電壓表(9)、LED顯示器(7)和鍵盤(8)，在殼體后面板上裝有散熱器(1)、穩(wěn)壓管(2)和電源插頭，在殼體內(nèi)裝有變壓器(4)，上部裝有一塊線路板(6)，在此線路板上裝有8個(gè)插座(5)、整流橋、穩(wěn)壓器、發(fā)射電路和接收電路器件、增益控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路器件，在此線路板下面還有線路板，上面裝有中央控制和數(shù)據(jù)處理電路器件；此外還有換能器及校正器(12)。
2．如權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x，其特征是所述的校正器由兩塊平行金屬板用三根金屬桿連接而成，一板中心有一圓孔，孔上有一圓管。
專利摘要一種實(shí)驗(yàn)室用水下超聲地形測(cè)量?jī)x,其特征是在其殼體面板上裝有電源開(kāi)關(guān)、測(cè)量和校正轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、電壓表、LED顯示器和鍵盤,在后面板上裝有散熱器、穩(wěn)壓管和電源插頭。在殼體內(nèi)裝有變壓器、線路板,線路板上裝有整流橋、穩(wěn)壓器、發(fā)射電路和接收電路器件、增益控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路器件、中央控制和數(shù)據(jù)處理電路器件,此外還有換能器及校正器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是能迅速精確地在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)在高速運(yùn)動(dòng)中測(cè)定水下地形。
文檔編號(hào)G01C15/00GK2319784SQ98220088
公開(kāi)日1999年5月19日 申請(qǐng)日期1998年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月13日
發(fā)明者王振先, 朱儒弟, 李賓, 高恒慶, 張亭健, 胡福辰, 周玉斌, 陳齊, 孫東昌, 劉志安, 徐松森, 張士華, 初新杰 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋局第一海洋研究所