使用多路电子开关的多通道测深仪

摘要

本发明属于测量仪器技术领域，涉及一种多通道测深仪，尤其是一种使用多路电子开关的多通道测深仪，其主要包括多个换能器、一个多路电子开关、限流电阻、发射电路、接收电路和钳位电路等；其能够使多通道系统在性能提高的前提下，通道收发单元数量大幅下降，开关的时间缩短，寿命提高，整体体积和功耗更小，具有广泛的应用前景。

说明书

 

技术领域：

本发明涉及一种多通道测深仪，尤其是一种使用多路电子开关的多通道测深仪，属于测量仪器技术领域。

 

背景技术：

多通道测深仪在水深测量行业应用很广，其通常以单通道测深仪为基础，多个通道同时工作，以提高测深仪的工作效率，在航道勘察、港口疏浚时有广泛应用。

但是,现有的多通道测深仪往往采用单通道测深仪简单累加的方式形成,有几个通道就要相应设置几个收发单元，成本高、可靠性低。现有技术中也有尝试采用多个开关对各个通道进行控制的方案，但由于机械开关的开关时间长，延时长，寿命短，虽然通道收发单元数量可以减少，但收发Ping数下降，可靠性下降，使整个系统的工作性能大幅度下降。

而电子开关较之机械开关具有开关时间短、使用寿命长等特性，因此，能否将电子开关结合到多通道测深仪的研究中，为本领域技术人员提供了崭新的思路。

    

发明内容：

本发明旨在提供一种新型的、使用多路电子开关的多通道测深仪，其能够大幅减少通道收发单元的数量，且开关时间短、使用寿命长。该测深仪主要包括：多个换能器、一个多路电子开关、限流电阻、发射电路、接收电路和钳位电路；其中，所述多个换能器的一端都与所述多路电子开关的输入端连接，另一端都连接到所述发射电路的第一端；所述多路电子开关的输出端连接到所述发射电路的第二端；所述发射电路的第一端通过第一限流电阻连接到所述接收电路的第一端，所述发射电路的第二端通过第二限流电阻连接到所述接收电路的第二端，在所述接收电路的第一端、第二端之间连接所述钳位电路。

优选地，所述多路电子开关的电路由两部分组成，一部分是数据输入部分及保持部分，另一部分是高压控制及开关部分。

优选地，所述数据输入部分及保持部分包括移位寄存器和锁存器。

优选地，所述数据输入部分及保持部分具有数据输入端、时钟端、数据输出端、锁存端、以及复位端。

优选地，所述高压控制及开关部分包括多路电平移位器和HVCMOS电路。

优选地，还包括控制电路和电子开关电源，它们分别连接到所述多路电子开关。

优选地，所述控制电路采用CPLD电路。

本发明还公开了一种采用上述多通道测深仪进行测深的方法，其包括如下步骤：

A）用户输入开关序号；

B）CPLD电路产生与之对应的控制信号，分别输入多路电子开关的时钟端、数据输入端、锁存端以及复位端；

C）从1号到输入序号的开关依次开启，每个开启一定时段，在每个开关处于开启的时段时，发射电路、接收电路工作，完成对应的发射接收过程，实现测深，完成一Ping的测深扫描；

D）再从1号到输入序号的开关依次开启，进行下一Ping的扫描。

 

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1，通道收发单元的数量大幅减少；

2，结构简练，功耗更小；

3，开关时间短，使用寿命长。

 

附图说明

图1：现有技术的单通道测深仪的结构示意图；

图2：本发明的使用多路电子开关的多通道测深仪的结构示意图；

图3：本发明的多通道测深仪中的多路电子开关的内部电路图。

 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的原理、具体结构和工作过程作进一步说明：

现有技术中的单通道测深仪的电路方案如图1示，测深仪中的换能器通过限流电阻、钳位电路与发射电路，接收电路相接。每个通道需要独立的发射电路板及接收电路板。如果采用此方案简单累加的方式设计多通道测深仪，那么测深仪有几个通道，就相应地需要几块发射电路及接收电路板，由此就会造成整个测深仪的体积、功耗、成本等急剧上升，而可靠性也会随之下降。

本发明的使用多路电子开关的多通道测深仪工作原理如下：多路换能器不和接收电路、发射电路直接连接，而通过多路电子开关转接后再和接收电路、发射电路相接，多路电子开关由控制电路控制，当被控开关开启后，相应的换能器接入电路完成发射和接收功能，而其它的换能器处于开路状态，对此换能器工作不产生影响。

如图2所示，其具体结构如下：

该使用多路电子开关的多通道测深仪主要包括：多个换能器、一个多路电子开关、限流电阻、发射电路、接收电路和钳位电路；其中，多个换能器的一端都与所述多路电子开关的输入端连接，另一端都连接到发射电路的第一端；所述多路电子开关的输出端连接到发射电路的第二端；发射电路的第一端通过第一限流电阻连接到接收电路的第一端，发射电路的第二端通过第二限流电阻连接到接收电路的第二端，在接收电路的第一端、第二端之间连接所述钳位电路。

所述多路电子开关的内部电路如图3所示，整个电路由两部分组成，一部分是数据输入部分及保持部分，另一部分是高压控制及开关部分。

所述数据输入部分及保持部分以移位寄存器和锁存器为核心，具有相应的“数据输入”、“时钟”、“数据输出”、“锁存”、“复位”等端口，其主要功能如下：在“时钟”端进行输入时，控制电子开关的TTL电平依次从“数据输入”端输入，当输入对应N（N小于等于8）个时钟时，当“数据输入”输入为高电平时，对应第N个开关将会打开，而当“数据输入”输入为低电平时，对应的第N个开关会关闭；当输入完成后，由“锁存”输入端输入高电平进行锁存。若要使这些开关保持原状态不变，只需保持锁存即可。

如果要改变开关的状态，首先输入高电平到“复位”端，此时，全部开关处于开启状态，等待对应的时钟及数据输入。这个过程的开启和关闭可以根据实际需要进行切换，最快的时钟可达5微秒，即在5X8约为40微秒的时间内可以完成开关的切换。

控制电压及地之间为5V，用于数字电路的供电。

所述高压控制及开关部分主要包括多路电平移位器和HVCMOS电路，电平移位器采用高压正电源及高压负电源进行驱动，例如为±100V，这样可保证即使输入模拟信号的最高电压达到±100V，信号也不被削波；HVCMOS电路具有良好的开关特性，最大导通电阻只有10欧，最高信号频率可达5MHz。

该使用多路电子开关的多通道测深仪还包括控制电路和电子开关电源，它们分别连接到所述多路电子开关。

该控制电路可采用CPLD电路，该多通道测深仪可采用如下方法进行测深：用户输入开关序号（例如为8）；当输入对应的开关序号时，由CPLD电路产生对应的控制信号，分别输入电子开关的时钟端，数据输入端，锁存端及复位端；使得从1号到输入序号的开关依次开启，每个开启一定时段（例如为40毫秒），在每个开启时段时，发射电路、接收电路完成对应的发射接收过程，实现测深。总共开启320毫秒，完成一Ping的测深扫描，然后再从1号到8号开关再次开启，进行下一Ping的扫描。

如此，该多通道测深仪能够使用多路开关进行工作，采用高频、高压、高速电子开关进行高速通道切换。最大电压达到±100V，最大电流达到为1.5A，开关时间（包括控制转换）在1毫秒以内。

上面仅仅是采用8位移位寄存器进行8通道合为1通道的示例，实际上，还可以扩展到16通道、32通道乃至更多。

 上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。