[实用新型]一种三维扫描声学成像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是水下工程、水下测绘领域，更确切地说，涉及一种三维扫描声学成像装置，广泛应用于水下结构物检测、桥梁水下检测、海洋平台水下安全监测等多个领域。

背景技术

大型的水下结构物，例如大桥的桥墩、码头、海洋平台、海上建筑等，在水中经过较长时间后，由于受到水流的冲刷和侵蚀，会大量出现损伤、变形等诸多安全隐患。传统的方法对水下结构物检测采用潜水员摸探，这种方法工作效率及其低下，同时潜水员水下作业又存在诸多的安全隐患。

随着科技的发展越来越多的水下检测采用侧扫声纳、多波束测深声纳等进行，然而侧扫声纳主要以图像形式显示，难以给出具体的三维结构，因此仅限于水下搜救、管线检测等只利用图像信息的应用场合；而多波束测深仪虽然能够给出水下的三维结构，但是多波束测深仪的主要目的是水下测绘，因此难以对桥墩、海洋平台等垂直于水底的结构物进行三维成像，尤其是近水面部分多波束测深仪基本无法测量。

而对于水下结构物检测、桥梁水下检测、海洋平台水下安全监测等领域对水下结构物三维成像的实际需求，就必须有一种新的测量设备能够对垂直于水底的结构物进行全方位的三维成像。

发明内容

鉴于此，本实用新型公开了一种三维扫描声学成像装置，该装置由声学成像部分、机械扫描部分和辅助测量单元三部分组成，其中声学成像部分由依次相连的组合式声学换能器(101)、声学信号转换单元(102)、信号处理单元(104)组成；机械扫描部分由依次相连的水密步进电机1(115)、水密步进电机2(116)和机械扫描控制单元(103)组成，并通过数据通信接口与声学信号转换单元(102)相连：辅助测量单元包括姿态测量仪(105)和表面声速测量仪(106)，通过串行数据接口与信号处理单元(104)相连。

本实用新型所公开的一种三维扫描声学成像装置，其位于水下的组合式声学换能器(101)由多元直线接收换能器阵(108)和多元直线发射换能器阵(109)组成，以“L”型组合结构固定于声学信号转换单元(102)的水密外壳(503)上。

本实用新型所公开的一种三维扫描声学成像装置，其声学信号转换单元(102)中电路部分由信号发射、信号接收和数据交互三部分组成，其中信号发射部分由与多元直线发射换能器阵(109)依次相连的多通道发射驱动电路(110)、声信号主控单元(112)组成；信号接收部分由与多元直线接收换能器阵(108)依次相连的多通道信号调理与AD变换电路(111)、声信号主控单元(112)组成：数据交互部分由依次相连声信号主控单元(112)和数据通信单元1(113)、数据通信单元2(114)组成。

本实用新型所公开的一种三维扫描声学成像装置，其水密步进电机1(115)和水密步进电机2(116)的转轴相互垂直，水密步进电机1(115)的转动范围为水平360，水密步进电机2(116)的转动范围为垂直方向±45°。

本实用新型所公开的一种三维扫描声学成像装置，其多通道发射驱动电路(110)的每个发射通道都由依次相连的信号隔离单元(201)、功率放大单元(202)、输出变压器单元(203)组成，并最终与多元直线发射换能器阵(109)的阵元相连。

本实用新型所公开的一种三维扫描声学成像装置，其多通道信号调理与AD变换电路(111)其每个通道都由依次相连的前置放大电路(301)、带通滤波电路(302)、可控增益放大电路(303)、抗混叠滤波电路(304)和AD变换器(305)组成，多元直线接收换能器阵(108)的阵元输出信号直接连接到前置放大电路(301)。

本实用新型所公开的一种三维扫描声学成像装置，其信号处理单元(104)以数据分配FPGA(403)为中心，分别通过数据总线与数据通信单元3(401)、数据通信单元4(402)、信号处理FPGA(406)、主机通信单元(404)相连；信号处理FPGA(406)通过数据总线分别与DSP1(407)和DSP2(408)相连，同时信号处理FPGA(406)、DSP1(407)和DSP2(408)分别通过高速存储器接口扩展大容量存储器(409、410、411)：主机通信单元(404)通过数据总线与网络通信单元(405)相连，并通过以太网与主控计算机(107)相连。