一種水下聲吶系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下聲吶系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著個人潛水裝備及無人潛水器的發(fā)展，水下小目標(biāo)威脅越來越大，所以針對小目標(biāo)的水下聲吶設(shè)備對各種海洋作業(yè)的安全維護有著重要的意義。然而，現(xiàn)有技術(shù)無法探測小目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有聲吶技術(shù)無法探測小目標(biāo)。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種水下聲吶系統(tǒng)，包括濕端與干端，二者通過光電混合纜連接;干端包括電源模塊和數(shù)據(jù)處理模塊;濕端包括發(fā)射模塊、接收模塊、姿態(tài)傳感器模塊、采集傳輸控制模塊及換能器模塊;發(fā)射模塊發(fā)射聲波信號，接收模塊接收目標(biāo)反射聲波信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，光纖上傳至干端，通過專業(yè)的信號處理技術(shù)分析提取目標(biāo)信息。姿態(tài)傳感器信息用于修正目標(biāo)的方位信息。
[0005]發(fā)射換能器用于向水下各個方向發(fā)射探測聲波；當(dāng)聲波探測到四周有小目標(biāo)物體存在時，聲波會進行反射，該反射信號由接收換能器接收;接收換能器和發(fā)射換能器的性能直接決定了設(shè)備的探測距離;接收機主要作用是接收換能器微弱信號，通過放大濾波等處理，輸出至A/D采集模塊;功放機用于將大功率脈沖信號加載至發(fā)射換能器，驅(qū)動電聲轉(zhuǎn)換，用聲波方式掃描水下目標(biāo);采集傳輸控制模塊有五個作用:I)提供功放發(fā)射信號，2)提供接收機增益控制信號和自檢信號，3)采集接收機信號，4)傳輸數(shù)字信號至干端，5)采集姿態(tài)傳感器信號;姿態(tài)傳感器采用高精度三維電子羅盤，其傾角到達80°的時候仍然能提供高精度的航向信息。它具有小型和低功耗的特點，更適合于當(dāng)今的小型化敏感測量系統(tǒng)。交直流轉(zhuǎn)換模塊將外設(shè)的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電后通過光電混合纜連接至濕端，為降低電纜壓降，采用高電壓直流傳輸，從而有效提高電纜長度。
[0006]進一步，所述發(fā)射換能器采用復(fù)合棒陣子圓柱拼裝。采用這種設(shè)計放的優(yōu)點是功率容量大，效率高，易形成寬帶，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
[0007]進一步，接收換能器采用陶瓷粒子圓柱拼裝。該設(shè)計方法的特點是靈敏度高，耐靜水壓。
[0008]進一步，濕端的殼體從下至上分別為下蓋板、換能器結(jié)構(gòu)、電子倉和上蓋板;換能器結(jié)構(gòu)內(nèi)置儲能電容板，為功放發(fā)射瞬間提供大電流；電子倉底部為接收機底板，接收換能器和發(fā)射換能器輸出線焊接至底板，通過底板PCB引線分別連接至接收機板和功放板;垂直插立在底板上的有三塊接收機板，一塊功放板，一塊采集傳輸控制模塊的傳輸控制板;采集傳輸控制模塊的傳輸控制板通過上部底板與其它兩種模塊通信;直流轉(zhuǎn)換模塊和姿態(tài)傳感器緊貼在上蓋板。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單、能實現(xiàn)水下小目標(biāo)探測、精確性高。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖。
[0011 ]圖2是本發(fā)明濕端的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0013]如圖1-2所示，本發(fā)明包括左側(cè)濕端(水下部分)，右側(cè)干端(水上部分)，中間通過光電混合纜連接;干端包含有電源變換模塊，；濕端分為發(fā)射模塊、接收模塊、姿態(tài)傳感器模塊以、采集傳輸控制模塊及換能器模塊;發(fā)射模塊用于發(fā)射聲波信號，包括發(fā)射換能器以及功放機，功放機輸出端連接發(fā)射換能器輸入端，發(fā)射換能器發(fā)出聲波信號;接收模塊用于接收聲波反射信號，包括接收換能器以及接收機，接收換能器輸出端連接接收機輸入端，接收機的輸出端連接采集傳輸控制模塊的輸入端;姿態(tài)傳感器用于檢測濕端的姿態(tài)信息，其信號輸出端連接采集傳輸控制模塊的輸入端;采集傳輸控制模塊的輸入端連接接收模塊，輸出端連接發(fā)射模塊;濕端的安裝采用吊放方式，中間一根繩索承重，兩側(cè)各有一根繩索拉緊防止?jié)穸耸芎Ａ饔绊懶D(zhuǎn)。
[0014]干端部分包括數(shù)據(jù)處理模塊與交直流轉(zhuǎn)換模塊，電源模塊為濕端提供直流電源；信號處理和顯示控制采用一體化設(shè)計，既可控制濕端部分的工作模式，還可顯示水下環(huán)境和目標(biāo)圖像信息，同時跟蹤多個可疑目標(biāo)的運行軌跡，并支持目標(biāo)數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)通過千兆以太網(wǎng)口輸入輸出。
[0015]濕端和干端通過前述的光電混合纜連接。
[0016]水下聲吶的關(guān)鍵在于濕端的發(fā)射和接收裝置。
[0017]發(fā)射換能器是設(shè)備的關(guān)鍵件，直接決定了設(shè)備的性能參數(shù)。發(fā)射換能器采用復(fù)合棒陣子圓柱拼接方法設(shè)計，采用這種設(shè)計放的優(yōu)點是功率容量大，效率高，易形成寬帶，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
[0018]接收換能器同樣是設(shè)備的關(guān)鍵件，它是設(shè)備的耳朵，它和發(fā)射換能器一起直接決定了設(shè)備的探測距離。接收換能器采用陶瓷粒子圓柱拼裝設(shè)計，該設(shè)計方法的特點是靈敏度高，耐靜水壓。
[0019]接收機主要作用是接收換能器微弱信號，通過放大濾波等處理，輸出至A/D采集模塊。同時，由于收發(fā)換能器一體化設(shè)計，在功放發(fā)射時需抑制信號幅度，增加了增益控制功能。
[0020]功放機用于將大功率脈沖信號加載至發(fā)射換能器，驅(qū)動電聲轉(zhuǎn)換，用聲波方式掃描水下目標(biāo)，由于直流電源無法提供瞬時大電流，需用電容器組儲能。
[0021 ] 傳輸控制板的核心是FPGA，采用Xilinx公司的Virtex5系列芯片，該芯片擁有強大資源和功能模塊配置，其嵌入的MAC模塊可用于千兆以太網(wǎng)通信。傳輸控制模塊主要有五個作用:I)提供功放發(fā)射信號，2)提供接收機增益控制信號和自檢信號，3)采集接收機信號，4)傳輸數(shù)字信號至干端，5)采集姿態(tài)傳感器信號姿態(tài)傳感器采用高精度三維電子羅盤，其傾角到達80°的時候仍然能提供高精度的航向信息。它具有小型和低功耗的特點，更適合于當(dāng)今的小型化敏感測量系統(tǒng)，并具有帶有硬磁、軟磁及傾角補償，羅盤輸出校準(zhǔn)后的高精度測量值。
[0022]系統(tǒng)電源設(shè)計采用直流向濕端供電方式，為降低電纜壓降，采用高電壓直流傳輸，從而有效提高電纜長度。干端采用交直流變換電源模塊將交流轉(zhuǎn)換成360V直流。設(shè)電纜傳輸電流最大1A，電纜阻抗40 Ω/KM，濕端最小輸入電壓為200VDC，則電纜最大長度為2KM。濕端直流變換模塊將高壓轉(zhuǎn)化成其它模塊需要的電壓。濕端部分的電源需求為:48VDC給功放電容;+5VDC給數(shù)字電路供電；±5VDC給模擬電路供電?？偣β市枨蠹s為60W。
[0023]濕端的殼體從下至上分別為下蓋板1、換能器結(jié)構(gòu)2、電子倉3和上蓋板4;換能器結(jié)構(gòu)2內(nèi)置層疊的三塊電容板5，為功放發(fā)射瞬間提供大電流，電容板5固定安裝在下蓋板I上；電子倉3底部為接收機底板，接收換能器和發(fā)射換能器輸出線焊接至底板，通過底板PCB引線分別連接至接收機板和功放板;垂直插立在底板上的有三塊接收機板，一塊功放板，一塊采集傳輸控制模塊的傳輸控制板;采集傳輸控制模塊的傳輸控制板通過上部底板與其它兩種模塊通信;交直流轉(zhuǎn)換模塊和姿態(tài)傳感器緊貼在上蓋板4上。該結(jié)構(gòu)可減小濕端體積，充分利用濕端內(nèi)部空間，將交直流轉(zhuǎn)換模塊和姿態(tài)傳感器緊貼在上蓋板4上，是因為交直流轉(zhuǎn)換模塊在轉(zhuǎn)換過程中會散發(fā)熱量，必須通過金屬外殼導(dǎo)出。上述所有的電子模塊均采用標(biāo)準(zhǔn)六角銅螺柱支撐固定。
[0024]為減輕重量和降低成本，濕端殼體的金屬結(jié)構(gòu)件采用鋁合金材料，表面涂裝防腐涂料。結(jié)構(gòu)之間連接件為不銹鋼螺栓，為防止電腐蝕，所有不同金屬之間的連接均做密封處理。裸露的螺栓采用沉孔設(shè)計，并用聚氨酯塞子密封;光電混合纜與上蓋板之間的連接采用直接硫化方式。上蓋板采用把手和蓋板一體化設(shè)計，并附有繩索安裝孔，便于設(shè)備吊放安裝。
【主權(quán)項】
1.一種水下聲吶系統(tǒng)，其特征在于:包括濕端與干端，二者通過光電混合纜連接； 濕端分為發(fā)射模塊、接收模塊、姿態(tài)傳感器模塊、采集傳輸控制模塊及換能器模塊;發(fā)射模塊用于發(fā)射聲波信號，包括發(fā)射換能器以及功放機，功放機輸出電信號至發(fā)射換能器，驅(qū)動發(fā)射換能器發(fā)出聲波信號;接收模塊用于接收目標(biāo)聲波反射信號，包括接收換能器以及接收機，接收換能器輸出微弱電信號至接收機，接收機的輸出調(diào)理信號至采集傳輸控制模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；姿態(tài)傳感器用于目標(biāo)方位信息;干端部分包括數(shù)據(jù)處理模塊與交直流電源轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊通過分析濕端上傳的數(shù)據(jù)，提取目標(biāo)信息;交直流電源轉(zhuǎn)換模塊為濕端提供直流電源； 干端和濕端通過前述的光電混合纜連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下聲吶系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射換能器采用復(fù)合棒陣子圓柱拼裝。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水下聲吶系統(tǒng)，其特征在于:接收換能器采用陶瓷粒子圓柱拼裝。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水下聲吶系統(tǒng)，其特征在于:濕端的殼體從下至上分別為下蓋板、換能器結(jié)構(gòu)、電子倉和上蓋板;換能器結(jié)構(gòu)內(nèi)置儲能電容板，為功放發(fā)射瞬間提供大電流;電子倉底部為接收機底板，接收換能器和發(fā)射換能器輸出線焊接至底板，通過底板PCB引線分別連接至接收機板和功放板;垂直插立在底板上的有三塊接收機板，一塊功放板，一塊采集傳輸控制模塊的傳輸控制板;采集傳輸控制模塊的傳輸控制板通過上部底板與其它兩種模塊通信;直流轉(zhuǎn)換模塊和姿態(tài)傳感器緊貼在上蓋板。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種水下聲吶系統(tǒng)，包括濕端與干端，二者通過光電混合纜連接；干端包括電源模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；濕端包括發(fā)射模塊、接收模塊、姿態(tài)傳感器模塊、采集傳輸控制模塊及換能器模塊；發(fā)射模塊發(fā)射聲波信號，接收模塊接收目標(biāo)反射聲波信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，光纖上傳至干端，通過專業(yè)的信號處理技術(shù)分析提取目標(biāo)信息。姿態(tài)傳感器信息用于修正目標(biāo)的方位信息。
【IPC分類】G01S7/521, G01S15/89, G01S15/04
【公開號】CN105607064
【申請?zhí)枴緾N201510565068
【發(fā)明人】王勇, 侯勤春
【申請人】南京國業(yè)科技有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年9月8日