CN108225485A - 一种水深测试仪用超声波探头稳定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水深测试仪用超声波探头稳定装置，包括超声波探头本体、测速螺旋桨、密封腔和尾翼；所述测速螺旋桨布设在密封腔的前端，密封腔内布设有超声波探头本体、旋转编码器、驱动电机和控制盒；控制盒内布设有控制器；驱动电机的转轴穿出密封腔后与转动套传动连接；转动套远离密封腔的外壁上固定有驱动螺旋桨。本发明还提供了一种水深测试仪用超声波探头稳定方法，包括：测速螺旋桨转动，旋转编码器将测速螺旋桨的转动信息转换为Z相信号发送至控制器；控制器对其处理得到水的流速及水流的作用力；判断水银开关SK1及SK2的通断；运行驱动电机，调节驱动电机的运行速度。本发明提高了水深测试仪对水深测试的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及监测技术领域，尤其涉及一种水深测试仪用超声波探头稳定装置及方法。
背景技术
水深波测深仪是一种适用于江河湖泊、水库航道、港口码头、沿海、深海的水下断面和水下地形测量以及导航、水下物探等诸多水域的水深测量仪器。水深测深仪是根据其本身的超声波探头发出超声波，超声波能在均匀介质中匀速直线传播，遇不同介质面产生反射的原理设计而成的；测深时将超声波换能器放置于水下一定位置，换能器到水底的深度可以根据超声波在水中的传播速度和超声波信号发射出去到接收回来的时间间隔计算出来。
超声波探头是水深测试仪的重要部件，其位置对水深检测的准确性起到重要作用；通常超声波探头置于水下，以保证超声波在均匀介质中匀速直线传播。对于测静止水深的超声波探头，其探头位置是固定不变的，但是当测流动水深时，其超声波探头的位置随水的流速不同而出现不同的位置偏移，在超声波探头信号线固定不变的情况下，探测的数值会出现偏差。为解决以上问题，本发明提供了一种水深测试仪用超声波探头稳定装置及方法，通过该装置实现了对超声波探头位置的调整，使超声波探头的位置保持稳定，从而提高水深测试仪对水深测试的精确性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种水深测试仪用超声波探头稳定装置及方法，通过该装置实现了对超声波探头位置的调整，使超声波探头的位置保持稳定，从而提高水深测试仪对水深测试的精确性。
为实现所述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种水深测试仪用超声波探头稳定装置，包括超声波探头本体、测速螺旋桨、密封腔和尾翼；所述密封腔为横向中空的圆柱形，所述测速螺旋桨布设在密封腔的前端，所述密封腔内分别布设有超声波探头本体、旋转编码器、驱动电机和控制盒，所述测速螺旋桨通过联轴器与旋转编码器转动连接；所述密封腔内一端上部布设有控制盒，所述控制盒内布设有控制器；所述旋转编码器与控制器电连接；所述密封腔底部嵌设有超声波探头本体，所述超声波探头本体的下端布设在密封腔的外部；所述密封腔后端的中心横向固定布设有固定轴，所述密封腔内部另一端布设有驱动电机，所述驱动电机的转轴穿出密封腔后与转动套传动连接；所述转动套为中空的圆柱形，转动套中心套设在固定轴上，所述转动套靠近密封腔的外部布设有齿轮，所述齿轮与驱动电机的转轴传动连接；所述转动套远离密封腔的外壁上对称固定有驱动螺旋桨；所述固定轴的另一端固定连接有尾翼，所述尾翼呈平行四边形；所述尾翼为六个，尾翼之间均呈等角度布设。
进一步地，所述超声波探头本体上部布设有信号线和24V电源线。
进一步地，所述控制器分别连接驱动电机和旋转编码器；所述驱动电机为24V直流电机。
进一步地，所述控制器采用P I C16F688型控制器；所述旋转编码器为E6B2-CWZ5B增量型旋转编码；
所述控制器的RA0端口连接旋转编码器的Z相接口；
所述控制器的RC3端口与光耦合器G1连接，所述光耦合器G1的输出端连接电阻R4，所述电阻R4连接N型场效应管Q2的栅极，电阻R4的阻值为13Ω，N型场效应管Q2的漏极连接驱动电机的负极；所述驱动电机的正极与24V电源线连接；
所述控制器的RC1端口分别连接水银开关SK1和电阻R5；控制器的RC2端口分别连接水银开关SK2和电阻R6；水银开关SK1和SK2另一端均接地；所述电阻R5和R6的阻值均为1KΩ；
进一步地，所述水银开关SK1和SK2与水平面均设有安装偏角，所述安装偏角为1~5°。
基于一种水深测试仪用超声波探头稳定装置的一种水深测试仪用超声波探头稳定方法，包括以下步骤：
步骤1：在水中测速螺旋桨受到水的作用力转动，同时带动旋转编码器转动，旋转编码器将测速螺旋桨的转动信息转换为Z相信号发送至控制器；
步骤2：控制器接收到Z相信号，并对其处理得到水的流速及水流的作用力；
步骤3：控制器通过判断水银开关SK1及SK2的通断得出水流的作用力是否超过驱动螺旋桨的驱动力；
步骤4：根据水银开关SK1及SK2的通断状态运行驱动电机，并调节驱动电机的运行速度，驱动电机带动驱动螺旋桨旋转，使得水银开关SK1及SK2均处与断开状态，从而保证超声波探头本体处于信号线的正下方。
进一步地，所述步骤3具体包括：当水银开关SK1接通时，水流的作用力没有超过驱动螺旋桨的驱动力，则超声波探头本体逆水流方向偏移；当水银开关SK2接通时，水流的作用力超过驱动螺旋桨的驱动力，则超声波探头本体沿水流方向偏移。
进一步地，所述步骤4包括：当水银开关SK1接通时，通过控制器运行驱动电机，控制器通过PWM脉宽调制减小驱动电机的运行速度，从而减小驱动螺旋桨旋的转速，使得水银开关SK1断开，保证超声波探头本体不再偏移；
当水银开关SK2接通时，通过控制器运行驱动电机，控制器通过PWM脉宽调制增大驱动电机的运行速度，从而增大驱动螺旋桨旋的转速，使得水银开关SK2断开，保证超声波探头本体不再偏移，处于信号线的正下方。
本发明的有益效果是：
本发明一种水深测试仪用超声波探头稳定装置及方法，水深测试仪在水下工作时受到水的作用力，测速螺旋桨转动，并带动旋转编码器旋转，并发出Z相信号至控制器；控制器通过对比水流作用力与驱动螺旋桨的驱动力，然后调整驱动电机的转速，从而实现对驱动螺旋桨转速的调节，以抵消水流的作用力对超声波探头本体偏斜的影响；以保证超声波探头基本处于探测信号线的垂直正下方，提高了水深测试仪测试结果的精确度；该发明整体调节过程为动态调节，使超声波探头本体一直处在稳定的位置，降低了水深测试仪的测试误差。
附图说明
图1是本发明一种水深测试仪用超声波探头稳定装置的结构示意图。
图2是本发明控制器电路连接图。
图3是本发明水银开关安装结构示意图。
附图中标号为：1为测速螺旋桨，2为密封腔，3为联轴器，4为旋转编码器，5为超声波探头本体，6为驱动电机，7为控制盒，8为转动套，9为驱动螺旋桨，10为尾翼，11为固定轴，12为齿轮。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1~图3所示，一种水深测试仪用超声波探头稳定装置，包括超声波探头本体5、测速螺旋桨1、密封腔2和尾翼10；所述密封腔2为横向中空的圆柱形，所述测速螺旋桨1布设在密封腔2的前端，所述密封腔2内分别布设有超声波探头本体5、旋转编码器4、驱动电机6和控制盒7，所述测速螺旋桨1通过联轴器3与旋转编码器4转动连接；所述密封腔2内一端上部布设有控制盒7，所述控制盒7内布设有控制器；所述旋转编码器4与控制器电连接；所述密封腔2底部嵌设有超声波探头本体5，所述超声波探头本体5的下端布设在密封腔2的外部；所述密封腔2后端的中心横向固定布设有固定轴11，所述密封腔2内部另一端布设有驱动电机6，所述驱动电机6的转轴穿出密封腔2后与转动套8传动连接；所述转动套8为中空的圆柱形，转动套8中心套设在固定轴11上，所述转动套8靠近密封腔2的外部布设有齿轮12，所述齿轮12与驱动电机6的转轴传动连接；所述转动套8远离密封腔2的外壁上对称固定有驱动螺旋桨9；所述固定轴11的另一端固定连接有尾翼10，所述尾翼10呈平行四边形；所述尾翼10为六个，尾翼10之间均呈等角度布设。
所述超声波探头本体5上部布设有信号线和24V电源线。
所述控制器分别连接驱动电机6和旋转编码器4；所述驱动电机6为24V直流电机。
如图2所示为本发明控制器电路连接图，所述控制器采用P I C16F688型控制器；所述旋转编码器4为E6B2-CWZ5B增量型旋转编码；
其中，E6B2-CWZ5B增量型旋转编码的分辨率为：1000脉冲/转。
所述控制器的RA0端口连接旋转编码器4的Z相接口；
所述控制器的RC3端口与光耦合器G1连接，所述光耦合器G1的输出端连接电阻R4，所述电阻R4连接N型场效应管Q2的栅极，电阻R4的阻值为13Ω，N型场效应管Q2的漏极连接驱动电机6的负极；所述驱动电机6的正极与24V电源线连接；
所述控制器的RC1端口分别连接水银开关SK1和电阻R5；控制器的RC2端口分别连接水银开关SK2和电阻R6；水银开关SK1和SK2另一端均接地；所述电阻R5和R6的阻值均为1KΩ；
如图3所示为水银开关的安装结构示意图，所述水银开关SK1和SK2与水平面均设有安装偏角，所述安装偏角为1~5°。
值得注意的是，通过本发明能够使检测的水深误差控制在一个有限的范围内；提高水深检测的精确性；对于水流速度变化频率不大的水深检测，将水银开关1、2的安装偏角尽可能的减小，以得到更精确的水深参数。
但对于水流速度变化频率过高的水域，由于其驱动电机6的速度调整采用大功率开关管实现对驱动电机6的无级连续调速，将水银开关1、2的安装偏角尽量减小，能够保证测量的误差极小。
基于一种水深测试仪用超声波探头稳定装置的一种水深测试仪用超声波探头稳定方法，包括以下步骤：
步骤1：在水中测速螺旋桨1受到水的作用力转动，同时带动旋转编码器4转动，旋转编码器4将测速螺旋桨1的转动信息转换为Z相信号发送至控制器。
步骤2：控制器接收到Z相信号，并对其处理得到水的流速及水流的作用力；
其中，Z相信号为1脉冲/转；将此信号发送至控制器得到水的流速。
步骤3：控制器通过判断水银开关SK1及SK2的通断得出水流的作用力是否超过驱动螺旋桨9的驱动力。
所述步骤3具体包括：当水银开关SK1接通时，水流的作用力没有超过驱动螺旋桨9的驱动力，则超声波探头本体5逆水流方向偏移；当水银开关SK2接通时，水流的作用力超过驱动螺旋桨9的驱动力，则超声波探头本体5沿水流方向偏移。
步骤4：根据水银开关SK1及SK2的通断状态运行驱动电机6，并调节驱动电机6的运行速度，驱动电机6带动驱动螺旋桨9旋转，使得水银开关SK1及SK2均处与断开状态，从而保证超声波探头本体5处于信号线的正下方。
所述步骤4包括：当水银开关SK1接通时，通过控制器运行驱动电机6，控制器通过PWM脉宽调制减小驱动电机6的运行速度，从而减小驱动螺旋桨9旋的转速，使得水银开关SK1断开，保证超声波探头本体5不再偏移；
当水银开关SK2接通时，通过控制器运行驱动电机6，控制器通过PWM脉宽调制增大驱动电机6的运行速度，从而增大驱动螺旋桨9旋的转速，使得水银开关SK2断开，保证超声波探头本体5不再偏移，处于信号线的正下方。
应当说明的是，以上所述之实施例只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围。
Claims (8)
1.一种水深测试仪用超声波探头稳定装置，其特征在于，包括超声波探头本体（5）、测速螺旋桨（1）、密封腔（2）和尾翼（10）；所述密封腔（2）为横向中空的圆柱形，所述测速螺旋桨（1）布设在密封腔（2）的前端，所述密封腔（2）内分别布设有超声波探头本体（5）、旋转编码器（4）、驱动电机（6）和控制盒（7），所述测速螺旋桨（1）通过联轴器（3）与旋转编码器（4）转动连接；所述密封腔（2）内一端上部布设有控制盒（7），所述控制盒（7）内布设有控制器；所述旋转编码器（4）与控制器电连接；所述密封腔（2）底部嵌设有超声波探头本体（5），所述超声波探头本体（5）的下端布设在密封腔（2）的外部；所述密封腔（2）后端的中心横向固定布设有固定轴（11），所述密封腔（2）内部另一端布设有驱动电机（6），所述驱动电机（6）的转轴穿出密封腔（2）后与转动套（8）传动连接；所述转动套（8）为中空的圆柱形，转动套（8）中心套设在固定轴（11）上，所述转动套（8）靠近密封腔（2）的外部布设有齿轮（12），所述齿轮（12）与驱动电机（6）的转轴传动连接；所述转动套（8）远离密封腔（2）的外壁上对称固定有驱动螺旋桨（9）；所述固定轴（11）的另一端固定连接有尾翼（10），所述尾翼（10）呈平行四边形；所述尾翼（10）为六个，尾翼（10）之间均呈等角度布设。
2.根据权利要求1所述的一种水深测试仪用超声波探头稳定装置，其特征在于，所述超声波探头本体（5）上部布设有信号线和24V电源线。
3.根据权利要求1所述的一种水深测试仪用超声波探头稳定装置，其特征在于，所述控制器分别连接驱动电机（6）和旋转编码器（4）；所述驱动电机（6）为24V直流电机。
4.根据权利要求1所述的一种水深测试仪用超声波探头稳定装置，其特征在于，所述控制器采用P I C16F688型控制器；所述旋转编码器（4）为E6B2-CWZ5B增量型旋转编码；
所述控制器的RA0端口连接旋转编码器（4）的Z相接口；
所述控制器的RC3端口与光耦合器G1连接，所述光耦合器G1的输出端连接电阻R4，所述电阻R4连接N型场效应管Q2的栅极，电阻R4的阻值为13Ω，N型场效应管Q2的漏极连接驱动电机（6）的负极；所述驱动电机（6）的正极与24V电源线连接；
所述控制器的RC1端口分别连接水银开关SK1和电阻R5；控制器的RC2端口分别连接水银开关SK2和电阻R6；水银开关SK1和SK2另一端均接地；所述电阻R5和R6的阻值均为1KΩ。
5.根据权利要求4所述的一种水深测试仪用超声波探头稳定装置，其特征在于，所述水银开关SK1和SK2与水平面均设有安装偏角，所述安装偏角为1~5°。
6.基于权利要求1-5任意一项所述的水深测试仪用超声波探头稳定装置的一种水深测试仪用超声波探头稳定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在水中测速螺旋桨（1）受到水的作用力转动，同时带动旋转编码器（4）转动，旋转编码器（4）将测速螺旋桨（1）的转动信息转换为Z相信号发送至控制器；
步骤2：控制器接收到Z相信号，并对其处理得到水的流速及水流的作用力；
步骤3：控制器通过判断水银开关SK1及SK2的通断得出水流的作用力是否超过驱动螺旋桨（9）的驱动力；
步骤4：根据水银开关SK1及SK2的通断状态运行驱动电机（6），并调节驱动电机（6）的运行速度，驱动电机（6）带动驱动螺旋桨（9）旋转，使得水银开关SK1及SK2均处与断开状态，从而保证超声波探头本体（5）处于信号线的正下方。
7.根据权利要求6所述的一种水深测试仪用超声波探头稳定方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：当水银开关SK1接通时，水流的作用力没有超过驱动螺旋桨（9）的驱动力，则超声波探头本体（5）逆水流方向偏移；当水银开关SK2接通时，水流的作用力超过驱动螺旋桨（9）的驱动力，则超声波探头本体（5）沿水流方向偏移。
8.根据权利要求6所述的一种水深测试仪用超声波探头稳定方法，其特征在于，所述步骤4包括：当水银开关SK1接通时，通过控制器运行驱动电机（6），控制器通过PWM脉宽调制减小驱动电机（6）的运行速度，从而减小驱动螺旋桨（9）旋的转速，使得水银开关SK1断开，保证超声波探头本体（5）不再偏移；
当水银开关SK2接通时，通过控制器运行驱动电机（6），控制器通过PWM脉宽调制增大驱动电机（6）的运行速度，从而增大驱动螺旋桨（9）旋的转速，使得水银开关SK2断开，保证超声波探头本体（5）不再偏移，处于信号线的正下方。
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