[发明专利]一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪

说明书

本发明公开了一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪，属于船舶航速测量技术领域，包括四象限水压采集器、ADC电路、放大器电路、处理器和电源单元，解决了通过采集船舶的四个方向上的水压数据计算获得船舶的速度的技术问题，本发明构成简单，只需要处理器和4只水压传感器，配以其他简单电气部件，减少了相关配套电路，采用的水压传感器，采用低电压供电，且其工作功率非常低，在毫瓦（mW）级别，而且在不同深度水域都可以使用。船用电源要求可以大大降低。提高了仪器的适用范围，大大减少了对其他电子设备的电磁干扰，工业成熟，成本很低，大大降低了器件成本，减少了仪器的总体造价。

技术领域

本发明属于船舶航速测量技术领域，涉及一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪。

背景技术

目前船舶航速测量的主要采用超声波测量的方式实现，通过向水下发送超声波，再对障碍物返回的回波进行分析，从而得到船速、航程等数据。超声波测量的系统包括：波发射单元、波接收单元、电源和处理器单元，该波发射单元向水底发射声波；波接收单元，该波接收单元检测多个反射波，该反射波是从波发射单元发射的声波的反射，该反射波是由位于不同的水深的多个反射物反射的；电源为从船用供电系统提供的适合仪器的24V电压；处理器单元基于发射波与反射波之间的频率差算出船舶相对于水的速度，具体为处理器单元通过基于声波与多个反射波的每一个之间的频率差获得不同的多个水深处的每个水深处的流速，从而获得沿水深方向上的流速的变化率，且算出该变化率等于或小于预定的阈值的水深处的流速作为船舶相对于水的速度。

波发射单元包括波发射单元电源、波发射单元处理器、高压转换单元和波发射单元换能器，当仪器开始测量时，波发射单元处理器发出启动指令，发送给高压转换单元，同时产生一个指定频率的方波信号给波发射单元换能器，高压转换部分利用波发射单元电源提供的电压，瞬间产生千伏以上的启动高压，提供给波发射单元换能器进行激励，波发射单元换能器向外发送足够功率的超声波，其频率等于处理器发出方波频率，视所处水域深度，换能器需要选择工作功率在300W—1000W以上的品种。

波接收单元包括波接收单元电源、波接收单元处理器、波接收单元换能器、波接收单元放大器和波接收单元ADC电路，波接收单元换能器收到超声波回波后，产生微弱的模拟信号，经过波接收单元放大器后进入波接收单元ADC电路，由波接收单元ADC电路采集后，传送至波接收单元处理器。

传统的测速方法的流程如图5所示，当处理器发送方波给波发射单元换能器后，记录下当前发送频率f,在收到多组超声波回波的ADC数值后，计算各组回波的频率f1,f2,……fn，计算的f1,f2,……fn与发送频率f的差值，根据多普勒算法，得到船速。

这种测速方法存在以下问题：

1. 组成复杂，需要换能器进行超声波发送、接收，以及换能器发送部分的高压启动电路。

2. 换能器功率很大，普遍在300W以上，随水域深度增加，需要换用更大功率的换能器，功率可能达到1000瓦以上，这对于船舶电源的续航能力要求比较高，对于小型船舶功耗偏大。

3. 换能器发射器需要瞬间高压启动，此高压需要千伏以上，对船舶上的其他电子产品会有一定的电磁干扰。

4. 由于换能器是专业器件，造价较高，且其周边电路复杂，需要专用高压电路才能启动。因此造成仪器总体成本偏高。

综上，目前的这种传统的主流船速测量方法存在构成复杂，功耗很大，且成本较高等问题，这些问题目前没有好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪，解决了通过采集船舶的四个方向上的水压数据计算获得船舶的速度的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：