排鉤式深水金屬沉積物探測器的製作方法

2023-05-22 15:21:16 4

專利名稱：排鉤式深水金屬沉積物探測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及探測領域，具體涉及到一種基於CAN(控制器區域網)的排鉤式深水金 屬沉積物探測器。
背景技術：
目前，水下的金屬探測方法有聲納，探磁儀，水下電視，潛水員，霍爾傳感器，金屬 探測器等。但是聲納無法辨別探測物體是否為金屬；探磁儀在水下，特別是海水中無法輻 射(IOKHz的電磁波在海中每米衰減3dB)；水下電視在水質混濁的狀態下探測範圍相當有 限；潛水員在深水中人工探測，如果水流不穩定，或者水質混濁等等情況會對潛水員的生命 安全帶來危險；金屬探測器採用靈敏度極高的線性元件作為傳感器，感應由於金屬出現引 起的探測線，不會因為在水下的複雜情況而被幹擾，從而提高了檢測精度，適合在深水中使 用；霍爾傳感器利用霍爾效應對磁場進行探測，可以對具有磁性的材料進行水下探測。
在信號傳輸方面採用CAN總線技術，以雙絞線作為傳輸介質。因為裝置須裝載在 距離百米以上的兩艘船之間，傳輸距離比較長，而CAN總線通信距離最遠可達10km，並且有 較高的傳輸速度，適合長距離傳輸；因為裝置中採用大量傳感器節點，所以需要對每個傳感 器數據進行區分，CAN總線協議可以達到要求。發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種將大量線性排列的金屬探測器探測結果在 計算機上實時顯示，同時並計算出探測到的金屬物質的大概位置的傳輸及計算方法，使該 裝置能在較深的水中進行金屬物質的探測。
本發明所採用的技術方案是
將由單片機、總線和傳感器組成的大量深水探測器模塊相隔一定距離與橫架在保 持一定距離的兩船之間的主線路連接。主線路中的總線連接至船上的計算機上，從客戶端 上顯示出各個探測器的實時探測情況，並當檢測到金屬時發出警報並計算出大概的位置， 以方便打撈。
具體技術方案是.一種排鉤式深水金屬沉積物探測器，它由探測端和客戶端共 同構成，所述的探測端是由單片機、總線和金屬傳感器組成的若干個深水金屬探測器模塊， 若干個深水金屬探測器模塊相隔的與橫架在保持距離並列行駛的兩船之間的主線路連接， 主線路中的總線連接至船上客戶端的計算機上，在深水中利用金屬傳感器對金屬物體進行 探測，金屬傳感器將探測到的信號通過總線傳送至船上客戶端的計算機上。
本發明的技術方案中，所述的總線的類型包括CAN總線，LIN總線或DALI總線，選 用的總線與線路和速度要求特點相適配。
本發明的技術方案中，客戶端主要由單片機、總線控制器、總線收發器和計算機構 成；採用與總線類型相適配的總線控制器和總線收發器來控制和發送總線信號。
本發明的技術方案中，所述的主線路2由總線信號線、電源線和地線共3種線路構3成；主線路外部由尼龍外套緊緊包裹，以增加線路的韌性與防腐性。
本發明的技術方案中，其金屬傳感器主要由通電線圈和霍爾傳感器構成。當通電 線圈的磁通量產生變化時，霍爾傳感器可以檢測到變化從而判斷金屬的存在。
本發明的技術方案中，對應採用不同的總線類型，制定不同的協議來保證數據傳 輸的準確性和高效性；CAN總線類型採用SJAE1939協議來制定數據包，LIN總線和DALI總 線採用相關的協議進行定義。
本發明的有益效果是可以大範圍對金屬物體進行探測，不受水質的影響，成本較 低。


圖1排鉤式深水金屬沉積物探測器外部結構
圖2排鉤式深水金屬沉積物探測器運行流程圖
圖3排鉤式深水金屬沉積物探測器原理圖
圖中1.船一，2.主線路，3.船二，4.浮漂，5.探測端，6.分線路，7.計算機。
具體實施方式
下面結合具體實例對本發明作進一步說明，但不限定本發明。
由圖1可見本發明的外部結構示例圖，主線路2長度250 2500米，兩船之間的 間距100 1500米，金屬探測器在總線路上每相隔3 10米安裝一個，共安裝16 1000 個金屬探測器。
探測端5由金屬探測器和處理模塊(檢波電路、放大電路、AD轉換晶片、 MCU(Microprocessor Control Unit)、CAN 控制器、CAN 收發器)構成。
主線路2在尼龍外套的包裹內有CAN_H、CAN_L、CAN_SHLD、電源線和地線共5條線 路，以及用來使探測端5下沉的鉛塊。前三者為CAN信號線，由屏蔽雙絞線(外層由鋁泊包 裹，以減小輻射，但並不能完全消除輻射，價格相對較高，安裝時要比非屏蔽雙絞線電纜困 難，須連接CAN_SHLD。)或者非屏蔽雙絞線(外層無鋁泊包裹，輻射減少程度不及屏蔽雙絞 線，價格相對較低，不必連接CAN_SHLD。)作為物理介質。電源線(+5V)和地線由銅質線纜 作為物理介質。
客戶端由計算機和USB-CAN模塊構成。USB-CAN模塊可以使CAN信號轉換為計算 機可以處理的USB信號。
如圖2所示本發明的工作流程。在對客戶端和探測端5進行初始化之後，探測器 開始工作，當有探測器探測到金屬物質，金屬傳感器(霍爾傳感器)的信號就會產生變化， MCU此時就會產生中斷，CAN控制器接受到中斷就會產生CAN信號，通過CAN收發器將CAN 信號發送到CAN總線上，客戶端就會接收到由USB-CAN模塊轉換而成的USB信號，分析後顯 示出探測器的地址，並通過相應的算法算出金屬物體的大概位置，以方便打撈。此處的算法 因為具體情況不同而採用不同的算法，要具體情況具體分析，故此處不再贅述。
圖3為排鉤式深水金屬沉積物探測器電路結構。傳感器採集到的數據經過一系列 的電路處理和優化進入模數轉換晶片進行模數轉換之後進入MCU進行數據處理，然後將信 號通過CAN控制器轉換為CAN信號，經過電氣隔離之後，通過CAN收發器將信號發出。CAN信號經過客戶端CAN收發器的接受，通過MCU、CAN控制器和USB-CAN模塊的處理進入計算 機的USB接口，客戶端對信號進行處理。
要使本裝置正常運作，還要對CAN總線的應用層協議進行設置。可以根據不用 的情況和要求，以CAN2. OB協議為基礎自行建立標準，此處採用SAE J1939標準為例。 SAEJ1939的物理層和數據鏈路層是以CAN2. OB協議為基礎的，CAN 2. OB包括兩種消息格式 的規範標準幀和擴展幀。SAE J1939隻使用擴展幀格式，全面定義了標準化的通信。CAN 擴展幀的格式包含一個單一的協議數據單元(PDU)，PDU包含7個預定義的場。這些場由應 用層提供的信息決定，包括優先級、保留位、數據頁、PDU格式、特定PDU(目標地址、群擴展 或專用)、源地址和數據場。本設計要對每個探測端設置一個目標地址，以此來分辨每個探 測器的數據，其他的設置可以相同，其中SAE J1939/71協議要對常用物理參數的格式進行 定義，也就是數據場中的每一位的代表的確切數據含義的定義。
根據電磁理論，當金屬物體被置於變化的磁場中時，金屬導體內就會產生自行閉 合的感應電流，這就是金屬的渦流效應。渦流要產生附加的磁場，與外磁場方向相反，削弱 外磁場的變化，據此，將一交流正弦信號接入繞在骨架上的空心線圈上，流過線圈的電流會 在周圍產生交變磁場，當將金屬靠近線圈時，金屬產生的渦流磁場的去磁作用會削弱線圈 磁場的變化，金屬的電導率越大，交變電流的頻率越大，則渦電流強度越大，對原磁場的抑 製作用越強。故當有金屬物靠近通電線圈平面附近時，無論是介質磁導率的變化還是金屬 的渦流效應均能引起磁感應強度B的變化，金屬探測器中的霍爾傳感器可以檢測到磁感應 強度的變化從而判斷金屬的存在。金屬探測器就是利用以上的原理工作的。
權利要求
1.一種排鉤式深水金屬沉積物探測器，其特徵是它由探測端和客戶端共同構成，所 述的探測端是由單片機、總線和金屬傳感器組成的若干個深水金屬探測器模塊，若干個深 水金屬探測器模塊相隔的與橫架在保持距離並列行駛的兩船之間的主線路(2)連接，主線 路中的總線連接至船上客戶端的計算機上，在深水中利用金屬傳感器對金屬物體進行探 測，金屬傳感器將探測到的信號通過總線傳送至船上客戶端的計算機上。
2.根據權利要求1所述的一種排鉤式深水金屬沉積物探測器，其特徵是所述的總線 的類型包括CAN總線，LIN總線或DALI總線，選用的總線與線路和速度要求特點相適配。
3.根據權利要求1所述的一種排鉤式深水金屬沉積物探測器，其特徵是客戶端主要 由單片機、總線控制器、總線收發器和計算機構成；採用與總線類型相適配的總線控制器和 總線收發器來控制和發送總線信號。
4.根據權利要求1所述的一種排鉤式深水金屬沉積物探測器，其特徵有所述的主線 路O)由總線信號線、電源線和地線共3種線路構成；主線路外部由尼龍外套緊緊包裹，以 增加線路的韌性與防腐性。
5.根據權利要求1所述的一種排鉤式深水金屬沉積物探測器，其特徵是其金屬傳感 器主要由通電線圈和霍爾傳感器構成。
6.根據權利要求2所述的一種排鉤式深水金屬沉積物探測器，其特徵是對應採用不 同的總線類型，制定不同的協議來保證數據傳輸的準確性和高效性；CAN總線類型採用SJA E1939協議來制定數據包，LIN總線和DALI總線採用相關的協議進行定義。
全文摘要
一種排鉤式深水金屬沉積物探測器，懸掛在並列行駛並相隔一定距離的兩隻船上，對深水金屬物體進行探測，主要由探測端和客戶端組成。探測端由金屬探測器、AD轉換模塊、單片機、CAN控制器、CAN收發器等構成，對探測器採集到的信號進行處理並以CAN總線形式發送至客戶端；客戶端由USB-CAN模塊、單片機、CAN控制器、CAN收發器等構成，將接受到的CAN信號轉換為USB信號傳入計算機，計算機進行信號處理並顯示出來。
文檔編號G01V3/11GK102033246SQ20101052494
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者呂植勇, 彭小玓 申請人:武漢理工大學