一种基于水声数字通信的水文缆道信号器的制作方法

本技术属于水文监测设备，具体涉及一种基于水声数字通信的水文缆道信号器。

背景技术：

1、河道流量数据具有极为重要的作用，涉及防洪安全、水文水利计算、水资源评价等各个方面，因此河流流量测量是水文工作的重要内容，目前所有河道流量监测均采用缆道测流系统。

2、现有流速仪缆道系统中信号的传输都是使用某一种特定频率的一串编码代表某一种固定的功能信号。

3、第一种方案，对于用有线模式传输的技术方案中，需要保证缆道循环所和大地可靠的绝缘，否则无法传输信号；第二种方案，对于用无线传输的技术方案中，当水深超过7米后，因为无线电信号在水下的衰减已经非常严重，岸上的信号接收机已经无法接收信号；以上两种技术均是单向传输，水下设备只有发射信号的功能，不能接收信号；岸上的设备也是单向被动接收，不能传输信号给水下的设备。

4、第三种方案是利用浮漂的有线数据双向传输，这种方法在低水深，低流速，近距离的使用环境下可以满足用户的需求，当水深增加、水流速增大时存，在通信线缆和浮漂被漂浮物挂断而导致无法使用的情况，而且河流的水对无线信号有一定的削弱影响，随着通信距离的增加，无线信号会变的很弱，甚至岸上设备无法接收到水下设备发出的信号，同样无法实现双向的数据交换。

5、上述三种方案都存在信号丢失的情况，丢失任意一个信号都会给测流工作增加额外的工作量，尤其是当流速仪传感器的信号丢失后，最终的流量测验结果就是偏小甚至严重偏小，导致测流数据无法使用。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种实现岸上和水下设备的双向数据通信的基于水声数字通信的水文缆道信号器，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案：

3、一种基于水声数字通信的水文缆道信号器，包括超短波电台、电源、信号采集处理电路、水声通信单元和超声波换能器，所述电源与所述信号采集处理电路和水声通信单元电连接，所述超短波电台与所述信号采集处理电路双向信号连接，所述信号采集处理电路与所述水声通信单元双向信号连接，所述水声通信单元与所述超声波换能器双向信号连接，所述超短波电台设于岸上，所述电源、信号采集处理电路、水声通信单元和超声波换能器设于水下。

4、作为一种改进，所述信号采集处理电路包括mcu单元、水面信号采集电路、流速信号采集电路和河底信号采集电路，所述水面信号采集电路、流速信号采集电路和河底信号采集电路均与所述mcu单元电连接，所述mcu单元与所述水声通信单元双向信号连接。

5、作为进一步地改进，所述信号采集处理电路还包括传感器接口电路，所述传感器接口电路与水下传感器信号连接。

6、优选的，所述水下传感器为陀螺仪传感器、gps传感器、水温传感器、水深传感器、水质组合传感器或超声波多普勒流速仪。

7、作为一种改进，所述水声通信单元包括主处理器、信号发射电路、功率放大电路、信号接收电路和信号衰减保护电路；所述主处理器通过接口单元与所述mcu单元双向信号连接，且所述主处理器分别与所述信号发射电路的输入端和所述信号接收电路的输出端连接，所述信号发射电路的输出端通过所述功率放大电路与所述超声波换能器的输入端连接，所述超声波换能器的输出端通过所述信号衰减保护电路与所述信号接收电路的输入端连接。

8、由于采用上述技术方案，本实用新型的有益效果：

9、本实用新型提供的水文缆道信号器，利用超声波在水中的穿透能力较强，在水中可传播较远的距离，传输速率可以达到1500m/s。通过水声通信单元中特定的发射和接收电路，利用水介质在水中实现半双工的数字信号的传输。基于水声通信的通信链路实现后，可以实现在水文缆道测验系统中传输“水面”信号、“河底”信号、“流速”信号，可以保证信号的稳定可靠传输，尤其在实现数字信号传输后，增强了信号传输的可靠性，即使有信号被干扰时，依然可以通过特定的通信协议实现信号的传输，对信号及时补发，保证信号不丢失/减少，有效保证了实测的数据的真实性、可靠性。

10、本实用新型在实现数字信号的交互后，水下传感器已不再局限于单纯的开关信号的传感器，可以接入任意数据信号输出的传感器，比如超声波多普勒流速仪输出的实测流速数据。可以实现从岸上设备对水下设备工作参数的修改，从岸上控制水下设备的运行状态。

11、本实用新型通过水声通信单元实现双向数据交互后，可以获取到水文铅鱼/流速仪在水下的方位信息（是与河段的测验断面垂直还是存在一定的夹角），水下的流态是正向流态还是负向流态，可以判断是否存在涡流、回流。

12、本实用新型解决了水深对信号传输的阻碍的影响，能实现岸上和水下设备的双向数据通信、降低对缆道建设工作中关于对钢索与大地绝缘的要求，便于缆道的建设、维护，并有利于防雷和设备用电安全。

技术特征：

1.一种基于水声数字通信的水文缆道信号器，其特征在于，包括超短波电台、电源、信号采集处理电路、水声通信单元和超声波换能器，所述电源与所述信号采集处理电路和水声通信单元电连接，所述超短波电台与所述信号采集处理电路双向信号连接，所述信号采集处理电路与所述水声通信单元双向信号连接，所述水声通信单元与所述超声波换能器双向信号连接，所述超短波电台设于岸上，所述电源、信号采集处理电路、水声通信单元和超声波换能器设于水下。

2.根据权利要求1所述的基于水声数字通信的水文缆道信号器，其特征在于，所述信号采集处理电路包括mcu单元、水面信号采集电路、流速信号采集电路和河底信号采集电路，所述水面信号采集电路、流速信号采集电路和河底信号采集电路均与所述mcu单元电连接，所述mcu单元与所述水声通信单元双向信号连接。

3.根据权利要求2所述的基于水声数字通信的水文缆道信号器，其特征在于，所述信号采集处理电路还包括传感器接口电路，所述传感器接口电路与水下传感器信号连接。

4.根据权利要求3所述的基于水声数字通信的水文缆道信号器，其特征在于，所述水下传感器为陀螺仪传感器、gps传感器、水温传感器、水深传感器、水质组合传感器或超声波多普勒流速仪。

5.根据权利要求1所述的基于水声数字通信的水文缆道信号器，其特征在于，所述水声通信单元包括主处理器、信号发射电路、功率放大电路、信号接收电路和信号衰减保护电路；所述主处理器通过接口单元与所述mcu单元双向信号连接，且所述主处理器分别与所述信号发射电路的输入端和所述信号接收电路的输出端连接，所述信号发射电路的输出端通过所述功率放大电路与所述超声波换能器的输入端连接，所述超声波换能器的输出端通过所述信号衰减保护电路与所述信号接收电路的输入端连接。

技术总结
本技术属于水文监测设备技术领域，涉及一种基于水声数字通信的水文缆道信号器，包括超短波电台、电源、信号采集处理电路、水声通信单元和超声波换能器，电源与信号采集处理电路和水声通信单元电连接，超短波电台与信号采集处理电路双向信号连接，信号采集处理电路与水声通信单元双向信号连接，水声通信单元与超声波换能器双向信号连接，超短波电台设于岸上，电源、信号采集处理电路、水声通信单元和超声波换能器设于水下。本技术解决了水深对信号传输的阻碍的影响，能实现岸上和水下设备的双向数据通信、降低对缆道建设工作中关于对钢索与大地绝缘的要求，便于缆道的建设、维护，并有利于防雷和设备用电安全。

技术研发人员：刘晓军
受保护的技术使用者：山东北方讯通信息科技有限公司
技术研发日：20230625
技术公布日：2024/1/15