一種自動進行水氣介質識別的觸底傳感器的製作方法
2023-07-30 03:41:26 2
本實用新型屬於海洋測量通用技術領域，具體涉及一種自動進行水氣介質識別的觸底傳感器。
背景技術：
很多海洋測量設備需要通過判別設備的觸底過程來控制水下測量作業的啟動。目前國內研發出多種類型的水下觸底傳感器，如專利201420466785.7(一種深水非接觸式觸發開關)、201420182678.1(一種液壓支腿觸底傳感器)、201210434757.2(一種水下磁接近開關)、200510061926.2(一種深海磁性觸發開關)等。這些水下觸底傳感器利用磁力部件(如磁鐵)與開關元件的相對位置變化來實現觸底過程的判別。但是，當採用這種觸底傳感器的設備停放在調查船甲板上時，由於處在與海底坐底時相仿的觸底狀態，因此可能會導致測量過程的啟動，從而產生誤操作。為了避免這種情況，以往多採用設備強行斷電、或者將磁力部件和開關元件進行強制物理隔離的方式。這種方式不僅操作不便，而且容易對設備產生損害。為了解決這一問題，本實用新型提出了一種自動進行水氣介質識別的觸底傳感器，能夠有效識別設備在水下觸底還是在甲板上停放，從而保證坐底式設備僅在水下觸底時才觸發測量過程，從而提高了測量的效率和可靠性。
技術實現要素：
本實用新型目的是提供一種自動進行水氣介質識別的觸底傳感器，以克服現有技術的不足。
一種自動進行水氣介質識別的觸底傳感器，其特徵在於包括由前、後兩個倉室組成的耐壓密封艙，所述前、後兩個倉室以連接通道相互連接，且前、後兩個倉室之間有一條間隙；所述前倉室前端設有前端蓋，前端蓋上安裝水密連接器；
所述前、後倉室內部分別安裝發射超聲晶片和接收超聲晶片、或者分別安裝接收超聲晶片和發射超聲晶片，且所述的發射超聲晶片和接收超聲晶片分別位於上述間隙的兩側，密封艙內設有磁性接近開關且該磁性接近開關緊貼艙壁內側面安裝，所述的發射超聲晶片、接收超聲晶片和磁性接近開關分別通過導線與位於前倉室內部的檢測電路相連；
所述檢測電路的輸出端與水密連接器相連，用於檢測數據的輸出；
所述檢測電路包括微功耗單片機、超聲檢測模塊和觸底檢測模塊三部分；所述超聲檢測模塊由發射驅動電路、接收放大電路、信號整形電路和脈衝計數器組成；其中，發射驅動電路一端與發射超聲晶片相連，另一端連接微功耗單片機；接收放大電路一端連接接收超聲晶片，另一端依次經信號整形電路和脈衝計數器後，以並口數據線與微功耗單片機相連；
所述觸底檢測模塊包括連接有輔助保護電路的主開關迴路，輔助保護電路的輸出端直接與微功耗單片機相連。
本實用新型的特點是：採用超聲檢測和磁性開關相結合的測試方法，用於坐底式測量設備的水下觸底檢測，檢測準確率高，能夠杜絕調查船甲板上觸底過程導致的誤操作；採用微功耗單片機，通過軟體識別的方法可以大大提高傳感器輸出信號的可靠性與穩定性；傳感器輸出的四種信號狀態可以拓展應用到海洋測量儀器作業過程的判斷。
附圖說明
圖1.本實用新型的縱剖面示意圖
圖2.本實用新型的密封倉本體自發射超聲晶片或接收超聲晶片出的橫截面示意圖
圖3.本實用新型的檢測電路原理框圖
其中，1.密封倉本體 2.前端蓋 3.後端蓋 4.水密連接器 5.O形圈 6.發射超聲晶片 7.接收超聲晶片 8.檢測電路板 9.磁性接近開關 10.微功耗單片機 11.超聲檢測模塊 12.觸底檢測模塊 13.發射驅動電路 14.接收放大電路 15.信號整形電路 16.脈衝計數器 17.並口數據線 18.主開關迴路 19.輔助保護電路 20.外部磁力部件
具體實施方式
如圖1、2、3所示，一種自動進行水氣介質識別的觸底傳感器，其特徵在於包括由前、後兩個倉室組成的耐壓密封艙1，所述前、後兩個倉室以連接通道相互連接，且前、後兩個倉室之間有一條間隙；所述前倉室前端設有前端蓋2，前端蓋2上安裝水密連接器4；
所述前、後倉室內部分別安裝發射超聲晶片6和接收超聲晶片7、或者分別安裝接收超聲晶片7和發射超聲晶片6，且所述的發射超聲晶片6和接收超聲晶片7分別位於上述間隙的兩側，密封艙1內設有磁性接近開關9且該磁性接近開關9緊貼艙壁內側面安裝，所述的發射超聲晶片6、接收超聲晶片7和磁性接近開關9分別通過導線與位於前倉室內部的檢測電路8相連；
所述檢測電路8的輸出端與水密連接器4相連，用於檢測數據的輸出；
所述檢測電路8包括微功耗單片機10、超聲檢測模塊11和觸底檢測模塊12三部分；所述超聲檢測模塊11由發射驅動電路13、接收放大電路14、信號整形電路15和脈衝計數器16組成；其中，發射驅動電路13一端與發射超聲晶片6相連，另一端連接微功耗單片機10；接收放大電路14一端連接接收超聲晶片7，另一端依次經信號整形電路15和脈衝計數器16後，以並口數據線17與微功耗單片機10相連；
所述觸底檢測模塊12包括連接有輔助保護電路19的主開關迴路18，輔助保護電路19的輸出端直接與微功耗單片機10相連。
如圖1，所述前端蓋2和後端蓋3與密封倉的連接處有O形圈5，以保證倉體內的水密性。
利用上述傳感器在水、氣介質中自動進行觸底識別的方法，包括以下步驟：
1)將上述傳感器安裝在坐底式海洋測量設備的吊裝機構上，並將該傳感器與電源連接，在所述的坐底式海洋測量設備的頂部安裝外部磁力部件20(如磁鐵)，通過吊裝機構將坐底式海洋測量設備吊裝入水中，隨著吊裝機構的起吊或者釋放，該外部磁力部件20與磁性接近開關9的距離發生從感應範圍內向感應範圍外的變化，或者相反的變化；
2)在吊裝過程中，當外部磁力部件20進入磁性接近開關9的感應範圍時，所述觸底檢測模塊12輸出高電平；當外部磁力部件20離開磁性接近開關9的感應範圍時，觸底檢測模塊12輸出為低電平，微功耗單片機10通過檢測輸出端電平的高低，以實現觸底的檢測；並且將輸出的低電平識別為0，即表示未觸底，將輸出的高電平識別為1，即表示觸底；
3)在吊裝過程中，所述超聲檢測模塊11，按照如下步驟完成水氣介質識別：
微功耗單片機10輸出超聲觸發脈衝，通過發射驅動電路13驅動後由發射超聲晶片6發射超聲波；超聲波透過前、後倉室兩壁及間隙內的介質後，被接收超聲晶片7接收，接收的信號依次經由接收放大電路14放大、經信號整形電路15整形，再由脈衝計數器16進行計數，最後通過並口數據線17將計數結果送給微功耗單片機10；
由於空氣和水中超聲波的衰減差異很大，導致接收到的信號幅度也有顯著差異，因此微功耗單片機10根據脈衝計數結果來判斷前、後倉室之間空隙中的介質是水還是空氣，從而實現水氣介質識別；當識別為水介質時，輸出1，識別為空氣介質時，輸出0；
4)所述微功耗單片機10經過步驟2)和3)的水氣介質識別和觸底檢測後，通過水密連接器4得以向外輸出四種信號狀態：
「00」：空氣介質、未觸底；
「01」：空氣介質、觸底；
「10」：水介質、未觸底；
「11」：水介質、觸底；
5)當信號狀態為「11」時表明坐底式測量設備處於海底坐底狀態。
上述步驟3中，以10～40之間的任意整數作為脈衝數閾值，當微功耗單片機10接收到的脈衝數大於該閾值時，將傳感器所處的介質識別為水介質，當接收到的脈衝數小於該閾值時，將介質識別為空氣介質。