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专利号: 202010658557X
申请人: 广东海洋大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-03-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:设置有主测机构和被测机构,主测机构和被测机构相向安装,主测机构和被测机构之间信号连接;

所述主测机构,用于向被测机构发送测量声波信号、接收被测机构发送的回波信号、进行信号发送和接收方向调节,且用于计算并输出主测机构和被测机构的距离;

所述被测机构,用于向主测机构发送回波信号、接收主测机构发送的测量声波信号并进行信号发送和接收方向调节;

所述主测机构还设置有调控组件A、水平架A和声波架A,水平架A转动连接于调控组件A,声波架A转动连接于水平架A;

所述声波架A还设置有支架AS、挡光片AS、接收头AH、追踪头、接收头AV,定义支架AS上设置有挡光片AS的一面为支架AS的背面,追踪头、接收头AH、接收头AV、发射头A、接收头AS、测量杆的固定点分别位于支架AS的正面,接收头AH远离支架AS的一端装配有接收罩AH,接收头AV远离支架AS的一端装配有接收罩AV,所述挡光片AS、测量杆的固定点、接收头AS、发射头A、接收头AH、追踪头和接收头AV的连线与支架AS轴线平行;

所述被测机构设置有调控组件B、水平架B和声波架B,调控组件B与水平架B转动连接,水平架B与垂直架B转动连接,垂直架B与声波架B转动连接;

所述声波架B还设置有支架BS、挡光片BS、接收头BV、接收头BH、和接收头BL,定义支架BS上设置有挡光片BS的一面为支架BS的背面,接收头BV、接收头BH、发射头B、接收头BS和接收头BL分别装配于支架BS的正面,接收头BV远离支架BS的一端装配有接收罩BV,接收头BH远离支架BS的一端装配有接收罩BH,所述挡光片BS、接收头BV、接受头BH、发射头B、接收头BS和接收头BL的连线与支架BS轴线平行;

所述接收罩AH设置有与支架AS轴线平行的槽AH,接收罩AS设置有与支架AS轴线垂直的槽AV;

所述接收罩BH设置有与支架BS轴线平行的槽BH,接收罩BV设置有与支架BS轴线垂直的槽BV。

2.根据权利要求1所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:所述主测机构设置有测量声波信号发射机构和回波信号接收机构;

所述被测机构设置有测量声波信号接收机构和回波信号发射机构;

所述测量声波信号发射机构和测量声波信号接收机构信号连接,所述回波信号发射机构和回波信号接收机构信号连接。

3.根据权利要求2所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:所述主测机构设置有用于获得声波传输速度的测量杆;

所述测量声波信号发射机构设置为发射头A,所述回波信号接收机构设有先接收回波信号的接收头AL和后接受回波信号的接收头AS,接收头AL和接收头AS设置于测量杆的不同端;

所述测量声波信号接收机构设置为接收头BS,所述回波信号发射机构为发射头B。

4.根据权利要求3所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:所述发射头A、测量杆、接收头AL和接收头AS固定装配于所述声波架A;

所述调控组件A、水平架A和声波架A电连接;

所述调控组件A设置有智能盒A、磁铁A、电机AH、天线、光电门AHR、光电门AHL;

定义智能盒A上设置有天线的一面为智能盒A的正面,智能盒A的正面还设置有键盘和显示屏,所述键盘和显示屏均与智能盒固定装配;

所述磁铁A装配于智能盒A任意一个侧面,电机AH、光电门AHR和光电门AHL装配于智能盒A的背面,所述水平架A设置有支架AH、挡光片AH、电机AV、光电门AVR和光电门AVL,定义支架AH上设置有挡光片AH的一面为支架AH的背面,电机AV、光电门AVR和光电门AVL装配于支架AH的正面。

5.根据权利要求4所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:所述电机AH设置有转动轴AH,电机AV设置有转动轴AV;

所述挡光片AH和挡光片AS都为L型结构,支架AH上位于挡光片AH拐角朝向的侧面设置有转轴孔AH,支架AS上位于挡光片AS拐角朝向的侧面设置有转轴孔AS,转动轴AH装配于转轴孔AH内,转动轴AS装配于转轴孔AS。

6.根据权利要求5所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:所述接收头BS和发射头B设置于声波架B上;

所述调控组件B、水平架B、垂直架B和声波架B电连接;

所述调控组件B设置有智能盒B、磁铁B、电机BH 、光电门BHR 、光电门BHL 和开关;

定义智能盒B设置有开关的一面为智能盒B的正面,电机BH 、光电门BHR 、光电门BHL装配于智能盒B的背面,所述磁铁B装配于智能盒B的任意一个侧面上,所述水平架B设置有支架BH、挡光片BV、电机BV、光电门BVR 和光电门BVL,定义支架BH上设置有挡光片BV的一面为支架BH的背面,电机BV、光电门BHR 、光电门BHL装配于支架BH的背面;

所述垂直架B设置有支架BA、挡光片BA、电机BA、光电门BAR和光电门BAL,定义支架BA上设置有挡光片BA的一面为支架BA的背面,电机BA、光电门BAR 、光电门BAL装配于支架BA的背面。

7.根据权利要求6所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:所述电机BH设置有转动轴BH,电机BV设置有转动轴BV,电机BA设置有转动轴BA;

所述挡光片BV、挡光片BA和挡光片BS均为L型结构,支架BH上位于挡光片BV拐角朝向的侧面设置有转动杆BH,支架BA上位于挡光片BA拐角朝向的侧面设置有转动杆BA,支架BS上位于挡光片BS拐角朝向的侧面设置有转轴孔BS;

转动杆BH与转动轴BH装配,转动杆BA与转动轴BV装配,转动轴BA装配于转轴孔BS内。

8.根据权利要求4或5所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:所述光电门AHR与光电门AHL具有夹角,夹角为90°,夹角开口背向电机;

所述光电门BHR 与光电门BHL具有夹角,且夹角为90°,夹角开口背向电机,所述光电门AVR和光电门AVL平行装配、光电门BVR 和光电门BVL平行装配、光电门BAR和光电门BAL平行装配;

所述挡光片AH和光电门AHR、光电门AHL匹配安装,挡光片AS和光电门AVR、光电门AVL匹配安装,挡光片BH和光电门BHR、光电门BHL匹配安装,挡光片BA和光电门BVR、光电门BVL匹配安装,挡光片BS和光电门BAR、光电门BAL匹配安装。

9.根据权利要求6所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置,其特征在于:

所述智能盒A内部设置有电源、型号为STC89C52的单片机A和无线通信装置,所述单片机A用于接收键盘的控制信号和光电门AHR、光电门AHL、光电门AVR、光电门AVL、接收头AH、接收头AV、接收头AS和接收头AL的开关信号,所述单片机还用于发送追踪头、发射头A、电机AH和电机AV的控制信号,所述单片机还用于计算主测机构和被测机构之间的距离并将计算的距离发送至显示屏进行显示输出;

所述智能盒B内部设置有电源、型号为STC89C52的单片机B和无线通信装置,所述单片机B用于接收光电门BHR、光电门BHL、光电门BVR、光电门BAR、光电门BAL、接收头BH、接收头BV、接收头BS和接收头BL的开关信号,所述单片机B还用于发送发射头B、电机BH、电机BV和电机BV的控制信号。

10.一种基于超声波时差法的水下目标测距方法,采用如权利要求1至9任意一项所述的基于超声波时差法的水下目标测距装置进行,其特征在于:包括如下步骤:

步骤一、将主测机构安装于测量端,被测机构安装于被测端;

步骤二、主测机构发射声波扫描信号Ⅰ,被测机构追踪声波扫描信号Ⅰ,当被测机构追踪到声波扫描信号Ⅰ后,停止追踪声波扫描信号Ⅰ并向主测机构发出声波扫描信号Ⅱ,然后主测机构追踪声波扫描信号Ⅱ,当主测机构追踪到声波扫描信号Ⅱ后方向校准完成;

步骤三、主测机构发射头A向被测机构发射测量声波信号,同时开始计时;

步骤四、被测机构接收头BS接收到测量声波信号后延时Td,发射头B向主测机构发出回波信号,其中Td为装置延时常量;

步骤五、当主测机构的接收头AL收到回波信号时,记录接收时间TL,当接受头AS收到回波信号时,记录接收时间TS;

步骤六、计算在当前温度和水质下声波的传播速度V,且V=L测/(TS-TL) ,其中L测为接收头AS与接收头AL的距离;

步骤七、得到测量端和被测端之间的距离L,且L=0.5V×(TS-Td)。