超聲波檢測裝置的製作方法

2023-06-14 20:15:31 2

專利名稱：超聲波檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲波檢測裝置，特別是涉及一種在海洋中搜尋遺失聲學儀 器設備的超聲波檢測裝置。
背景技術：
目前，眾所周知，蘊藏大量資源的海洋勢必是人類今後開發的重要方向。海洋經濟 必定是我國經濟增長的重要組成部分，中國大陸海岸線1.8萬多千米，領海面積(含內海和 邊海的水域面積)約470多萬平方千米。海洋漁業、石油、可燃冰、天然氣、鹽還有其他礦產 資源豐富，是名副其實的寶藏！科學地開發海洋資源，有利於中國經濟的發展。科學開發海 洋資源必須進行海洋科研勘探和工程測量，在海洋科研勘探、工程測量過程中，普遍應用海 洋聲學儀器設備。目前，公知的海洋聲學儀器設備很多，比如測深儀、聲吶、流速儀、多波速海底成像 系統、側掃聲納、淺層剖面儀、水下聲標應答器等，這些聲學儀器設備給我們的工作帶來很 大的幫助，但是工作中這些先進儀器設備丟失現象時有發生，目前還沒有尋找丟失聲學儀 器設備的裝置，尤其是在海洋中尋找遺失聲學儀器設備的裝置，而人工搜尋這些儀器設備， 效率低，安全性差。一旦發生儀器丟失，不但造成科研勘探、工程測量的工期延長，如果不能 找回，還將造成經濟損失。
發明內容本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種能夠實現在海洋中搜 尋遺失聲學儀器設備的超聲波檢測裝置。本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是一種超聲波 檢測裝置，包括示波器、超聲波接收器和超聲波信號處理器，所述超聲波信號處理器包括前 置放大器和選頻跟隨放大器，所述超聲波接收器輸出信號至所述前置放大器，所述前置放 大器輸出放大信號至所述選頻跟隨放大器，所述選頻跟隨放大器輸出選頻放大信號至所述 示波器。所述超聲波信號處理器還包括濾波器，所述選頻跟隨放大器輸出選頻放大信號至 所述濾波器，所述濾波器輸出濾波信號至所述示波器。所述超聲波信號處理器包括電路板和塑料外殼，所述電路板和塑料外殼之間填充 有絕緣材料。所述信號選頻跟隨放大器包括信號選頻、放大和濾波的模塊。所述示波器包括存儲模塊。所述超聲波接收器包括壓電陶瓷。所述壓電陶瓷為圓柱形。本實用新型具有的優點和積極效果是本裝置運用回聲探測技術和選頻技術，將 接收的聲波轉變成相應頻率的電信號，通過設定篩選頻率範圍，將接收到的信號進行篩選，
3篩選出丟失聲學儀器所發射的固有頻率相同的信號，從而搜尋鎖定丟失儀器位置。本裝置 包括選頻跟隨放大器模塊，自動化控制程度高，操作簡便、搜尋效率高，且不存在安全隱患， 沒有任何環境汙染。本裝置採用普通電子元器件製作，成本低，降低了因儀器丟失造成科 研、生產成本的增加；搜尋效率高，減少了因儀器丟失造成科研、生產的延遲。

圖1為本實用新型裝置結構的組成和信號流程圖；圖2為本實用新型超聲波接收器和超聲波信號處理器的電路原理圖。圖1中1、超聲波接收器，2、前置放大器，3、選頻跟隨放大器，4、濾波器，5、超聲波 信號處理器，6、示波器。圖2中PZT、壓電陶瓷，R1、電阻，R2、電阻，R3、電阻，R4、電阻，R5、電阻，R6、電阻， R7、電阻，R8、電阻，R9、電阻，R10、電阻，R11、電阻，Cl、電容，C2、電容，C3、電容，C4、電容，D1、
二極體，D2、二極體，IC1、運算放大器，IC2、運算放大器，IC3、運算放大器，IC4、運算放大器。
具體實施方式
為能進一步了解本實用新型的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合 附圖詳細說明如下請參閱圖1和圖2，超聲波接收器中1接收到所丟失聲學儀器設備發射出的固定頻 率的聲波，並將聲波轉換成相應頻率的交流電信號，超聲波接收器中1輸出所述交流電信 號至前置放大器2，經過前置放大器2放大後，信號增強，前置放大器2輸出放大信號至選頻 跟隨放大器3，在300ΗΖ-3ΜΗΖ頻率範圍內，通過電容C3、電阻R7組合而成的選頻電路，使 得某一頻率範圍的信號通過，而此頻率範圍以外的信號被過濾去除，此頻率範圍包含丟失 儀器所發射的固有頻率，這樣可以對輸入信號進行選頻處理，幹擾信號就可以被過濾去除， 當C3和R7選取不同的參數組合時，所選擇通過信號的頻率範圍不同。選頻跟隨放大器將 固有頻率的信號選頻、放大、濾波處理後輸出至示波器，此外，選頻跟隨放大器還可以輸出 選頻放大信號至濾波器，經濾波器濾波處理後輸出至示波器。通過示波器的波形顯示，可 以判定信號頻率與所丟失聲學儀器設備發出的聲波頻率是否一致，通過反覆改變接收器位 置，觀察示波器信號的的強弱，就可以判定所丟失聲學儀器設備所在區域範圍，當區域鎖定 在可控範圍內時實施打撈。請參閱圖2，由電阻R1、電阻R2、運算放大器ICl和電容Cl構成供電電路，電阻 R1、電阻R2經過分壓輸出給負反饋運算放大器ICl (電壓跟隨器)，產生平衡基準電壓；壓電陶瓷PZT是超聲波接收器的主要功能元件，具有較高靈敏度，其將聲波(機械 波)轉變為相應頻率的交流電信號後輸出。電阻R3、電阻R4、電阻R5和運算放大器IC2構成高阻抗動態前置放大器，其中的 運算放大器IC2的正輸入端輸入來自壓電陶瓷PZT輸出的交流電信號，運算放大器IC2和 電阻R4組成負反饋放大電路，放大來自壓電陶瓷PZT的交流電信號。由電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電容C2、電容C3、運算放大器IC3、 運算放大器IC4、二極體D1、二極體D2組成選頻跟隨放大器3 ；其中所述前置放大器輸出放 大信號至電容C2，通過電容C2過濾去除信號的直流成分；電容C2輸出信號至運算放大器IC3的負輸入端，此信號通過運算放大器IC3、電阻R6組成的負反饋放大電路進一步放大， 由電容C3、電阻R7組成的微積分選頻電路，對運算放大器IC3輸出的放大信號進行帶寬為 2MHZ的選頻處理(一般超聲波發射器頻率範圍為300HZ-3MHZ)，電阻R10、運算放大器IC4、 二極體D1、二極體D2組成負反饋放大電路，二極體D1、二極體D2還組成檢波電路，對選頻 處理的信號再進行跟隨、放大、濾波處理，本電路中R8起到分壓作用，使IC3同相輸入端電 壓穩定，R9起到分壓作用，使IC4同相輸入端電壓穩定。由電阻R11、電容C4組成濾波器，對輸入來自選頻跟隨放大器的信號進行濾波，進 一步過濾去除噪聲信號。示波器輸入端置於開關1端時，輸入信號為經過濾波器濾波的信號，顯示的信號 波形比較清晰；示波器輸入端置於開關2端時，輸入的信號直接來自選頻跟隨放大器，未經 濾波器濾波，與經濾波器濾波的信號相比，示波器顯示的信號波形比較雜亂。供電電路產生的平衡基準電壓，通過運算放大器IC2、運算放大器IC4、電阻R8、電 阻R9，抑制來自超聲波接收器的過強電信號，使之電壓範圍調整在0V-5V之間。通過上述裝置的工作，在示波器上就可以檢測到某些頻率信號，通過示波器的顯 示波形，判斷此信號頻率與丟失儀器設備發出的固有聲波頻率是否一致，以及信號的強弱， 就可以判定丟失儀器設備所在區域範圍，當區域鎖定在可控範圍內時實施打撈。本實施例中，上述各元器件選取參數值和型號如下Rl=IM Ω，R2=1MΩ，R3=1MΩ，R4=10kΩ，R5=10kΩ，R6=1MΩ，R7=10kΩ，R8=10kΩ， R9=10kQ , R10=120kQ , Rll=82kQ , Cl=O. 1 μ F, C2=200PF, C3=2200PF, C4=2200PF ；Dl 為 IN4148, D2 為 IN4148, ICl 為 TLVE474，IC2 為 TLVE474，IC3 為 TLVE474，IC4 為 TLVE474。PZT為特殊定製，壓電陶瓷材料型號P-55，圓柱形r=lmm，相關技術參數PZT薄膜 彎曲d33型(叉指電極)，壓電應變係數d33 650 10_12c/N，有效機電耦合係數33%，共振頻 率幾十KHZ至幾兆HZ量級，接收靈敏度11 30mv/Pa。儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上 述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通 技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可 以作出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求1.一種超聲波檢測裝置，包括示波器，其特徵是還包括超聲波接收器和超聲波信號 處理器，所述超聲波信號處理器包括前置放大器和選頻跟隨放大器，所述超聲波接收器輸 出信號至所述前置放大器，所述前置放大器輸出放大信號至所述選頻跟隨放大器，所述選 頻跟隨放大器輸出選頻放大信號至所述示波器。
2.根據權利要求1所述的超聲波檢測裝置，其特徵是所述超聲波信號處理器還包括 濾波器，所述選頻跟隨放大器輸出選頻放大信號至所述濾波器，所述濾波器輸出濾波信號 至所述示波器。
3.根據權利要求1或2所述的超聲波檢測裝置，其特徵是所述超聲波信號處理器包 括電路板和塑料外殼，所述電路板和塑料外殼之間填充有絕緣材料。
4.根據權利要求1或2所述的超聲波檢測裝置，其特徵是所述信號選頻跟隨放大器 包括信號選頻、放大和濾波的模塊。
5.根據權利要求1所述的超聲波檢測裝置，其特徵是所述示波器包括存儲模塊。
6.根據權利要求1所述的超聲波檢測裝置，其特徵是所述超聲波接收器包括壓電陶器
7.根據權利要求6所述的超聲波檢測裝置，其特徵是所述壓電陶瓷為圓柱形。
專利摘要本實用新型公開了一種超聲波檢測裝置，包括超聲波接收器、超聲波信號處理器和示波器，所述超聲波信號處理器包括前置放大器、選頻跟隨放大器、濾波器，所述超聲波接收器輸出信號至所述前置放大器，所述前置放大器輸出放大信號至所述選頻跟隨放大器，所述選頻跟隨放大器輸出選頻放大信號至所述示波器，所述選頻跟隨放大器還可以輸出選頻放大信號至所述濾波器，所述濾波器輸出濾波信號至所述示波器。本實用新型可在海洋中搜尋遺失聲學儀器設備，操作簡便、搜尋效率高，且不存在安全隱患。
文檔編號G01S7/539GK201903648SQ201020666079
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者張彥昌, 楊鯤, 牛景發, 田春和, 秦金濤, 裴文斌 申請人:天津水運工程勘察設計院