Klein 3000 Series User manual

SERIES 3000 SONAR
SYSTEM
Operations and Maintenance Manual
P/N 11210066, Rev. 11
11 Klein Drive
Salem, NH 03079-1249
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ii
Series 3000 Sonar System Operations and Maintenance Manual 11210066, Rev. 11
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iii
WARNING
Klein Marine Systems, Inc. recommends all troubleshooting be
done by a trained technician. Some circuits in the Sonar
Transceiver and Processing Unit have voltages as high as 240 volts,
and some circuits in the sonar towfish have 1500 volts. You should
familiarize yourself with the location of these voltages before you
attempt any troubleshooting. Failure to observe these warnings
could result in injuries to personnel.
CAUTION
Serious damage to the sonar electronics may occur if the sonar
towfish is operated out of the water for periods longer than 15
minutes. Let the sonar cool 15 minutes or longer between
operations. Protect the sonar towfish from direct exposure to the
sun prior to and during operation in high temperature climates.
CAUTION
The depth rating on the transducers is 200 meters (656 feet).
Operations at depths greater than 200 meters may damage the
transducers.
STANDARDS
SAFETY: EN 60950
EMC: EN 60945

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Series 3000 Sonar System Operations and Maintenance Manual 11210066, Rev. 11
Table of Contents
Table of Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
List of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
Sonar System Warranty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi
What Is Covered . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi
Conditions Of Warranty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
Changes, Errors And Ommissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xviii
Software License Agreement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi
What’s in This Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi
Note, Warning, and Caution Notices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxii
Customer Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxii
CHAPTER 1: Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.1 Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.1.1 Single Beam Sonar Instrumented Towfish . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.1.2 Transceiver and Processing Unit (TPU) . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.1.3 Computer Display and Control Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.1.4 Tow Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.2 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.3 Physical Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
1.3.1 Surface Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
1.3.2 Subsurface Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
1.4 Theory of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.4.2 Towfish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.4.3 Transceiver and Processing Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9

v
CHAPTER 2: Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.1 Sonar System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.2 Transceiver and Processing Unit (TPU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2.2.1 TPU Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2.2.2 Towfish Input/Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2.2.3 Trigger/IRIG Input (Optional) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2.2.4 Trigger Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2.2.5 RS-232 COM 1, COM3 and COM4 Ports . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2.2.6 RS-232 COM 2 Port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.2.7 LAN Input/Output Port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.2.8 Power Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.2.9 Physical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.3 Computer Display and Control Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.4 Ethernet Hub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.5 Towfish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.5.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.5.2 Transducers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.5.3 Transmitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.5.4 Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.5.5 A/D Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.5.6 Multiplexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.5.7 Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.5.8 Physical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.5.9 Heading Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.5.10 Pitch and Roll Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.5.11 Pressure Sensor (Optional) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.6 Tow Cables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-6
2.6.1 Lightweight Tow Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-6
2.6.2 Steel Tow Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-6
2.7 Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-6
2.7.1 Towfish Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7
2.7.2 Tow Cable Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7

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Series 3000 Sonar System Operations and Maintenance Manual 11210066, Rev. 11
CHAPTER 3: Setup and Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
3.1 Unpacking and Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
3.1.1 Unpacking the TPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
3.1.2 Unpacking the Computer Display and Control
Unit (Computer) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
3.1.3 Unpacking the Towfish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
3.1.4 Unpacking the Tow Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
3.2 Mechanical Installation of the TPU and Computer . . . . . . . . . . 3-2
3.2.1 Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
3.2.2 Mounting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
3.2.3 Isolating from Shock and Vibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
3.3 Power Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
3.3.1 Power Line Fuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
3.3.2 Towfish Fuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4
3.3.3 Grounding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4
3.4 Connecting Cables and Power Cords . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4
3.5 Towfish Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
3.5.1 General Rigging Notes and Cautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
3.5.2 Tow Cable Electrical Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-6
3.5.3 Towfish and Optional Depressor Connection . . . . . . . . . . . . 3-7
3.5.4 Tow Cable Disconnection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8
3.6 System Activation and Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9
3.6.1 Activating and Testing the System on Deck . . . . . . . . . . . . . 3-9
3.6.2 Activating and Testing the System at Sea . . . . . . . . . . . . . . 3-10
CHAPTER 4: Equipment Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
4.1 Maintenance General Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
4.2 Maintenance Checklists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
4.2.1 Daily Maintenance Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
4.2.2 Weekly Maintenance Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2
4.2.3 Long Term Maintenance Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2

vii
CHAPTER 5: Splashproof-II TPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1
5.1 General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1
5.2 Functional Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
5.3 Included Accessories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
5.4 Setting up and Connecting the SP-II TPU . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5
5.5 Operator Controls and Indicators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11
5.6 Configuring and Updating the SP-II TPU . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11
5.6.1 Starting Linux TPU Updater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-12
5.6.2 Querying or Changing the SP-II TPU IP Address . . . . . . . . 5-12
5.6.3 Editing the SP-II TPU Startup File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14
5.6.4 Updating the SP-II TPU Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14
5.7 Activating the SP-II TPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15
5.8 Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-16
5.9 SP-II TPU Drawings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-17
CHAPTER 6: Splashproof TPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-1
6.1 General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-1
6.1.1 Optional Wireless Router . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2
6.1.2 Venting the Splashproof TPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2
6.1.3 External Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3
6.1.4 Operator Controls and Indicators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5
6.1.5 Functional Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8
6.2 Setting up and Connecting the Splashproof TPU . . . . . . . . . . . 6-9
6.2.1 Included Accessories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-10
6.2.2 Connecting Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-10
6.3 Activating the Splashproof TPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-11
6.4 Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-12
6.5 Splashproof TPU Drawings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-12

viii
Series 3000 Sonar System Operations and Maintenance Manual 11210066, Rev. 11
CHAPTER 7: S3000SBP Chirp Sub Bottom Profiler . . . . . . . . . . . 7-1
7.1 General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-1
7.2 Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2
7.3 Installing the Sub Bottom Profiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2
7.4 S3000SBP Chirp Sub Bottom Profiler Drawings . . . . . . . . . . 7-17
APPENDIX A: Notes on Handling Tow Cables . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1
A.1 Unreeling Tow Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1
A.2 Uncoiling Tow Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-2
A.3 Cable Kinking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-2
A.3.1 Cause of Cable Kinking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-2
A.3.2 Effect of Cable Kinking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-3
A.3.3 Result of Cable Kinking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-3
APPENDIX B: TPU Software Interface and Control . . . . . . . . . . . . . B-1
B.1 Control Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1
B.2 Startup Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1
B.3 Remote Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-5
B.4 Snapshots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-9
B.5 Messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-10
B.5.1 Status Message . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-10
B.5.2 Heartbeat Message . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-11
B.5.3 Sensor Message . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-11
B.6 Towfish Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-12
B.6.1 3000 System Multiplexer Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . B-12
B.6.2 Auxiliary and Compass Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-13
B.6.3 System x000 Sub-Bottom Profiler (SBP) Commands. . . . . B-13
B.6.4 Datalogger On/Off commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-14

ix
APPENDIX C: General Setup, Configuration and
Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-1
C.1 Basic System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-2
C.2 Basic System Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-2
C.3 TPU LAN Configuration Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-5
C.4 Tow Cable Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-10
C.4.1 Measuring Cable Insertion Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-11
C.4.2 Spare Tow Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-12
C.5 Transceiver and Processing Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-12
C.5.1 Input Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-13
C.5.2 Towfish Fuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-13
C.5.3 TPU Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-14
C.5.4 TPU Internal Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-14
C.5.5 Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-15
C.5.6 Board Locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-17
C.5.7 Access Panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-17
C.5.8 COM Port Wiring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-18
C.5.9 TPU Power up and Test Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-18
C.5.10 TPU Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-20
C.6 Towfish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-20
C.6.1 Towfish Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-21
C.6.2 Checking the Telemetry Link to the Towfish . . . . . . . . . . . . C-22
C.6.3 Checking the Transmitters before Deployment . . . . . . . . . . C-22
C.6.4 Checking the Receivers before Deployment . . . . . . . . . . . . C-22
C.6.5 Removing the Towfish Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-23
C.6.6 Feed-Thru Connector Pin Orientations and Pinouts . . . . . . . C-26
C.6.7 Setting up for Testing the Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . C-27
C.6.8 Checking the Multiplexer Board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-27
C.6.9 Multiplexer Connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-31
C.6.10 Magnetometer Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-32
C.6.11 Towfish Low Voltage Power Supply Connector Pinouts . . . C-32
C.6.12 Checking the Transceiver Boards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-33
C.6.13 Checking the FETs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-36

x
Series 3000 Sonar System Operations and Maintenance Manual 11210066, Rev. 11
C.6.14 Checking the Receiver Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-37
C.6.15 Checking the Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-37
C.6.16 Calibrating the Compass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-38
C.6.17 Calibrating the Compass with a Magnetometer (Optional) . C-39
C.6.18 Series 3000 Sonar System Towfish Commands . . . . . . . . . . C-39
C.7 Software Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-40
C.8 Problem Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-40
C.8.1 Replacing the CPU Battery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-42
C.8.2 Recommended Test Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-43
C.8.3 Spare Boards and Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-43
C.8.4 Current Draw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-44
C.8.5 PRF/Period Per Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-44
C.9 NMEA 0183 Formats and Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-45
C.10 TPU Operating System Notes (vxWorks) . . . . . . . . . . . . . . . . C-48
APPENDIX D: Setting up the System for a Magnetometer . . . . . . . D-1
D.1 Configuring the System for a Magnetometer . . . . . . . . . . . . . . D-1
D.2 Connecting the Magnetometer for Data Transfer . . . . . . . . . . D-3
D.2.1 Method 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-3
D.2.2 Method 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-3
D.2.3 Method 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-4
D.2.4 Echoing Commands Out of COM3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-4
APPENDIX E: Drawings and Parts Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E-1