一種二維矢量場水聽器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種二維矢量場水聽器，屬水聽器技術(shù)領(lǐng)域。壓電陶瓷振動信號接收反光膜（9）安裝在水聽器外套筒（5）的外頂端，主副氣壓艙室聯(lián)通，副氣壓艙室（3?1）與水壓平衡管（1）之間設(shè)有柔性壓力平衡片（2），激光束照射壓電陶瓷振動信號接收反光膜（9）后，其反射光穿過透光承壓堵頭（12）照射到丹倍效應(yīng)二維定位器件（8）上，獲得二維電信號；同時，反光膜上輸出壓電信號。兩路信號輸入數(shù)據(jù)處理ECU后送到中央計算機（16）進行分析和處理。該二維矢量場水聽器組合式陣列能夠判別目標(biāo)源是哪一種目標(biāo)，能分析其方位、遠(yuǎn)近，并能識別目標(biāo)的真?zhèn)巍商筋l率寬，放大增益可調(diào)，可偵測水下靜音移動目標(biāo)，具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?br>【專利說明】
一種二維矢量場水聽器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種二維矢量場水聽器，屬于水聽器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水聽器是把水下聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的換能器。根據(jù)作用原理、換能原理、特性及構(gòu)造等的不同，有聲壓、振速、無向、指向、壓電、磁致伸縮、電動(動圈)等水聽器之分。水聽器與傳聲器在原理、性能上有很多相似之處，但由于傳聲媒質(zhì)的區(qū)別，水聽器必須有堅固的水密結(jié)構(gòu)，且須采用抗腐蝕材料的不透水電纜等。
[0003]聲壓水聽器探測水下聲信號以及噪聲聲壓變化并產(chǎn)生和聲壓成比例的電壓輸出。根據(jù)所用靈敏材料的不同，聲壓水聽器可以分為:壓電陶瓷聲壓水聽器、PVDF聲壓水聽器、壓電復(fù)合材料聲壓水聽器和光纖聲壓水聽器。
[0004]在水聲領(lǐng)域，主要包括標(biāo)量傳感器和矢量傳感器，也叫標(biāo)量水聽器和矢量水聽器。在聲場測量中，標(biāo)量水聽器(聲壓水聽器)，只能測量聲場中的標(biāo)量參數(shù)。矢量水聽器可測量聲場中的矢量參數(shù)，它的應(yīng)用有助于獲得聲場的矢量信息，對聲納設(shè)備的功能擴展具有極為關(guān)鍵的意義。
[0005]采用新型組合傳感器(聲壓和振速聯(lián)合)的聯(lián)合信息處理系統(tǒng)較傳統(tǒng)的單純聲壓信息處理系統(tǒng)具有良好的抗相干干擾能力和線譜檢測能力;采用單個小尺度的組合傳感器通過聯(lián)合信號處理，就可以進行目標(biāo)方位的聲壓、振速聯(lián)合估計，此外，從能量檢測的角度講，矢量水聽器的采用使系統(tǒng)的抗各向同性噪聲的能力獲得提高，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)場多目標(biāo)的識別等。矢量水聽器的研究工作受到極大重視。因此，包括矢量信息在內(nèi)的多信息檢測是聲納系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢，正越來越被各個海軍大國所重視。
[0006]國外矢量水聽器技術(shù):聲矢量傳感器的設(shè)計采用的原理有電動原理(動圈式)；壓電原理，形式上多種多樣，例如利用水聽器準(zhǔn)基陣的SWALLOW浮標(biāo)系統(tǒng)，由8個陣元組成基陣，150m等間距垂直布放，工作深度為400?1300m，分析頻帶為0.6?20Hz，對于艦船輻射噪聲的次聲分量，聲強信噪比的增益比單純的聲壓測量高3?6dB。美國的Franklin，Barry及Benjamin矢量水聽器都是采用壓電原理，其中，Benjamin利用PCB公司T356B08型加速度計采用部分集成電路工藝，所作的矢量水聽器的頻響為100?2000Hz;靈敏度為100mV/gn;尺寸為〈10?20cm。
[0007]由此可見，矢量水聽器的應(yīng)用，不僅檢測信息量加大，而且最低檢測頻率已經(jīng)達到
0.6Hz的次聲頻段，外形尺寸也是越來越小。隨著新技術(shù)地不斷發(fā)展，不論標(biāo)量水聽器、還是矢量水聽器，各種敏感機理的測試(制作)方法都有不同的嘗試。近些年有幾種標(biāo)量水聽器:如采用PVDF膜(膜厚ΙΟΟΟμπι)的水聲傳感器，已被英國和法國海軍用于潛艇，稱為弗蘭克陣“FlankArrays”，光纖水聽器，日本東京大學(xué)報導(dǎo)的微加工技術(shù)制作的光干涉型微水聽器等，另外，還有MEMS水聽器的報導(dǎo)，如美國波士頓大學(xué)研制的水下聲場傳感器，通過檢測反射的激光束檢測聲場變化。在水聲領(lǐng)域，俄羅斯在靜音潛艇探測方面同樣走在世界前列，有代表性的產(chǎn)品是壓電矢量水聽器。據(jù)稱，美軍將在亞太布設(shè)的新型聲納是一種全天候被動式聲納，具有極強的探測靜音型潛艇的能力，較之以前使用的主動式聲納和中頻被動式聲納，其偵測距離可以達到300nmile以上，且具有更易于隱蔽和定位精度高等特點(裝備有慣性/衛(wèi)星定位復(fù)合定位系統(tǒng))。根據(jù)“具有極強的探測靜音型潛艇的能力”分析，極有可能是采用低頻測試。安靜型潛艇和艦船的本征噪聲都在低頻段，這就需要低頻段的矢量水聽器。即要求探測換能器具有低頻檢測能力。低頻三維空間全向矢量檢測器已成為新的技術(shù)需求。這種低頻矢量水聽器的研制成功可以預(yù)期解決遠(yuǎn)程傳播低頻信號的檢測問題。同時，隨著目標(biāo)信號的減弱，高靈敏度檢測問題也變得迫切。
[0008]光纖水聽器是利用光纖技術(shù)探測水下聲波的器件，它與傳統(tǒng)的壓電水聽器相比，具有極高的靈敏度、足夠大的動態(tài)范圍、本質(zhì)的抗電磁干擾能力、無阻抗匹配要求、系統(tǒng)“濕端”質(zhì)量輕和結(jié)構(gòu)的任意性等優(yōu)勢。光纖水聽器的主要軍事應(yīng)用包括:全光纖水聽器拖曳陣列、全光纖海底聲監(jiān)視系統(tǒng)(Ariaden計劃)、全光纖輕型潛艇和水面艦船共形水聽器陣列、超低頻光纖梯度水聽器、海洋環(huán)境噪聲及安靜型潛艇噪聲測量。美國目前正在開發(fā)大規(guī)模(幾百個單元)的全光纖水聽器陣列系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)。光纖水聽器及其陣列技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)獲得了重視和發(fā)展。
[0009]將壓阻原理、MEMS技術(shù)應(yīng)用于矢量水聽器是一種新原理、新方法的嘗試。采用壓阻原理的微結(jié)構(gòu)矢量水聽器可以使矢量型水聽器尺寸微型化，探測靈敏度優(yōu)于壓電陶瓷式水聽器，適用于低頻測量，可用于安靜型潛艇的探測。通過MEMS技術(shù)，可以實現(xiàn)敏感檢測部分與信號處理電路的集成設(shè)計，所有這些都可以在芯片上規(guī)模完成。在一個襯底上將傳感器，信號處理電路，執(zhí)行器集成起來，構(gòu)成微電子機械系統(tǒng)。MEMS技術(shù)由于具有3M特點即:微型化，多樣化，微電子化使MEMS技術(shù)的發(fā)展顯示出巨大的生命力。它把信息系統(tǒng)的微型化，多功能化，智能化和可靠性水平提高到新的高度?；陉嚵袡z測，高性能、小型化一直是工程應(yīng)用追求的目標(biāo)。從實現(xiàn)手段看，光檢測、薄膜檢測、聲光結(jié)合檢測、陣列檢測等多原理檢測方法都有所嘗試，不斷在追新追高。
[0010]基于遠(yuǎn)場目標(biāo)檢測和隱身潛艇探測而言，低頻檢測、高信噪比檢測一直是聲納系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。如何實現(xiàn)零頻及高頻范圍、高靈敏度者一致是水聽器要解決的核心技術(shù)，此外，采用拖拽式的陣列水聽器在使用的過程中容易被其他海洋里的物體纏擾，這也是需要克服的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ]本發(fā)明的目的在于提供一種二維矢量場水聽器。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明由水壓平衡管(1)、柔性壓力平衡片(2)、副氣壓艙室(3-1)、主氣壓艙室(3-2)、套筒拉伸電機(4)、水聽器外套筒(5)、水聽器內(nèi)筒(6)、丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)、壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)、氣壓傳輸通道(10)、激光源(11)、透光承壓堵頭(12)、電池(13)、數(shù)據(jù)處理ECU(14)、信號濾波裝置(15)、中央計算機(16)構(gòu)成；
[0013]壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)安裝在水聽器外套筒(5)的外頂端，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)與透光承壓堵頭(12)之間為主氣壓艙室(3-2)，該主氣壓艙室(3-2)與副氣壓艙室(3-1)之間通過氣壓傳輸通道(10)進行聯(lián)通，副氣壓艙室(3-1)與水壓平衡管(I)之間設(shè)有柔性壓力平衡片(2)，主氣壓艙室(3-2)內(nèi)設(shè)置有激光源(11)，激光束與壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的入射角為θ，θ#0，反射的激光束穿過透光承壓堵頭(12)進入水聽器內(nèi)筒(6)照射到丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)上，該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理ECU中，這些有價值信號的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16)進行分析和處理;水聽器內(nèi)筒(6)設(shè)有導(dǎo)槽和齒條，在該齒條的上方水聽器外套筒(5)開設(shè)孔槽，在該孔槽的位置安裝套筒拉伸電機(4)，該電機轉(zhuǎn)動的時候，可以改變水聽器外套筒(5)及水聽器內(nèi)筒(6)之間的相對位置，使得二維矢量場水聽器(7)的長度發(fā)生改變(參見圖2)。
[0014]壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片由硬質(zhì)防腐材料構(gòu)成，嵌入有壓電陶瓷片，信號探測片通過具有彈性的柔性材料與水聽器外套筒(5)的外頂端固定連接，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片背面為反光鏡面。
[0015]二維矢量場水聽器(7)采用壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)獲得壓電陶瓷振動信號和丹倍定位器件所獲得的信號兩路信號，壓電陶瓷振動信號和該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理ECU中，處理過的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16) ο
[0016]本發(fā)明的工作原理是利用光反射至丹倍效應(yīng)二維器件產(chǎn)生的二維定位信號，同時結(jié)合壓電陶瓷信號來實現(xiàn)二維信息采集和分析。壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)安裝在水聽器外套筒(5)的外頂端，在水下要承受巨大的水壓。壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)與透光承壓堵頭(12)之間為主氣壓艙室(3-2)，該主氣壓艙室(3-2)與副氣壓艙室(3-1)之間通過氣壓傳輸通道(10)進行聯(lián)通，副氣壓艙室(3-1)與水壓平衡管(I)之間設(shè)有柔性壓力平衡片(2)，水壓平衡管(I)也同樣承受巨大的水壓，水壓通過水壓平衡管(I)擠壓柔性壓力平衡片(2)，柔性壓力平衡片(2)壓縮副氣壓艙室(3-1)高壓空氣，通過氣壓傳輸通道(10)把壓力傳輸?shù)街鳉鈮号撌?3-2)，使得主氣壓艙室(3-2)的壓力等于外界水壓，保證壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)處于最佳工作狀態(tài)，當(dāng)把二維矢量場水聽器設(shè)置陣列，每一個信號源就構(gòu)成一個單一的矢量場，所有的信號源組合在一起就構(gòu)成一個二維矢量場，通過分析之后，我們就能夠判別我們說偵聽的信號源方位、信號源的強弱及頻率。
[0017]壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片由硬質(zhì)防腐材料構(gòu)成，嵌入有壓電陶瓷片，信號探測片通過具有彈性的柔性材料與水聽器外套筒(5)的外頂端固定連接，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片背面為反光鏡面。
[0018]主氣壓艙室(3-2)內(nèi)設(shè)置有激光源(11)，激光束與壓電陶瓷振動信號接收反光膜
(9)的入射角為θ，θ#0，反射的激光束穿過透光承壓堵頭(12)進入水聽器內(nèi)筒(6)照射到丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)上，當(dāng)有信號存在的時候，反光點的位置會發(fā)生改變，構(gòu)成二維電壓信號，該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理E⑶中，這些有價值信號的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16)進行分析和處理；
[0019]水聽器內(nèi)筒(6)設(shè)有導(dǎo)槽和齒條，在該齒條的上方水聽器外套筒(5)開設(shè)孔槽，在該孔槽的位置安裝套筒拉伸電機(4)，該電機轉(zhuǎn)動的時候，可以改變水聽器外套筒(5)及水聽器內(nèi)筒(6)之間的相對位置，使得二維矢量場水聽器(7)的長度發(fā)生改變，放大增益可調(diào)，拉伸長度的時候，信號的放大倍數(shù)加大，反之減少套筒的長度，這放大倍數(shù)降低。
[0020]二維矢量場水聽器(7)采用壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)可以獲得兩種信號，兩類信號的頻率響應(yīng)是不一樣的，壓電陶瓷對于高頻振蕩響應(yīng)較為靈敏，而丹倍定位器件所獲得的信號對低頻的響應(yīng)更為靈敏，特別是對極弱的低頻響應(yīng)有很好的偵測作用，兩者結(jié)合使用可以大大擴展探測頻率的范圍。
[0021]在具體的探測過程中，可以采用陣列組合，參見圖3，例如潛艇陣列組合參見圖4所示。壓電陶瓷振動信號和該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理ECU中，這些有價值信號的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16)進行分析和處理，最終我們可以獲得目標(biāo)信號源究竟是什么類型的潛艇、以及該潛艇的距離和方位。
[0022]其工作流程如圖6所示。二維矢量場水聽器(7)接收到的兩類信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后，構(gòu)成二維的矢量場數(shù)據(jù)，每一個矢量場還配合一個壓電陶瓷信號，這些信號通過一個數(shù)字濾波裝置把背景噪音過濾掉，然后對這些有價值的信號進行預(yù)處理及提取矢量場特征，把這些二維矢量場(如圖5所示)數(shù)字信息存儲到二維矢量場信息數(shù)據(jù)庫中，如果能夠確定目標(biāo)型號，則這些信息就會構(gòu)成一個可比對的模板數(shù)據(jù)進行標(biāo)注，然后永久保存。但這些數(shù)據(jù)模板在不斷積累的過程中，就構(gòu)成了一個龐大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)分析而言，就有了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)我們探測到一個新的目標(biāo)時，這些數(shù)據(jù)就可以進行交互查詢，與二維矢量場信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行比對，如果匹配成功，那么我們就可以知道我們所探測的目標(biāo)究竟是哪一個目標(biāo)。如果數(shù)據(jù)庫沒有，根據(jù)以前數(shù)據(jù)庫所存在的那些數(shù)據(jù)，計算機可以分析出究竟是哪一類的目標(biāo)。由于二維矢量場的特殊性質(zhì)，我們可以準(zhǔn)確地判斷目標(biāo)的遠(yuǎn)近和方位。在配合壓電傳感器所獲得的信息，我們還可以判別目標(biāo)的真?zhèn)?。因為每一個矢量信號與壓電陶瓷的信號是成對出現(xiàn)的，當(dāng)我們在錄入數(shù)據(jù)庫的時候，這兩組信號有一個密不可分的匹配關(guān)系，利用這關(guān)系的存在，就可以識別目標(biāo)的真?zhèn)?。例如，?dāng)一個目標(biāo)，在播放錄音的時候，壓電陶瓷可以判別這個目標(biāo)存在，但是對于低頻的震動而言，其低頻信號卻不存在，更確切地說，兩路信號無法匹配。從原理上來講，本發(fā)明屬于被動式的水聽器，可以檢測到零頻率的水壓變化，對于靜音在水下運動物體所表現(xiàn)出的極低頻率的特征具有很好的偵測作用，結(jié)合壓電陶瓷傳感器，可以偵測水下目標(biāo)不說發(fā)出的很高極高頻率水聲。
[0023]這種水聽器陣列所獲得的所有信號源匯集通過計算機分析之后，能夠判別目標(biāo)源是哪一種目標(biāo)，能分析其方位、遠(yuǎn)近，并能識別目標(biāo)的真?zhèn)巍?br>[0024]本發(fā)明的有益效果是:這是一種全新的二維矢量場水聽器組合式陣列能夠判別目標(biāo)源是哪一種目標(biāo)，能分析其方位、遠(yuǎn)近，并能識別目標(biāo)的真?zhèn)?。具有極佳靈敏度，偵測頻率范圍廣，可檢測零頻率，放大增益可調(diào)，可偵測水下靜音移動目標(biāo)，具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?br>【附圖說明】
[0025]圖1為二維定位器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為二維矢量場水聽器安放位置示意圖；
[0028]圖4為二維矢量場水聽器安放到潛艇的外觀位置示意圖；
[0029]圖5為T時刻二維矢量場示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明工作過程原理圖；
[0031]圖7為AT89C52單片機控制電路；
[0032]圖8為8051單片機控制電路。
[0033]圖中各標(biāo)號為:1.水壓平衡管，2.柔性壓力平衡片，3-1.副氣壓艙室，3-2.主氣壓艙室，4.套筒拉伸電機，5.水聽器外套筒，6.水聽器內(nèi)筒，7.二維矢量場水聽器，8.丹倍效應(yīng)二維定位器件，9.壓電陶瓷振動信號接收反光膜，10.氣壓傳輸通道，11.激光源，12.透光承壓堵頭，13.電池，14.數(shù)據(jù)處理E⑶，15.信號濾波裝置，16.中央計算機，17.丹倍定位信號線，18.壓電陶瓷振動信號線。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于所述范圍。
[0035]實施例1:本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明由水壓平衡管(1)、柔性壓力平衡片(2)、副氣壓艙室(3-1)、主氣壓艙室(3-2)、套筒拉伸電機(4)、水聽器外套筒(5)、水聽器內(nèi)筒
(6)、丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)、壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)、氣壓傳輸通道(10)、激光源(11)、透光承壓堵頭(12)、電池(13)、數(shù)據(jù)處理ECU(14)、信號濾波裝置(15)、中央計算機(16)構(gòu)成；
[0036]壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)安裝在水聽器外套筒(5)的外頂端，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)與透光承壓堵頭(12)之間為主氣壓艙室(3-2)，該主氣壓艙室(3-2)與副氣壓艙室(3-1)之間通過氣壓傳輸通道(10)進行聯(lián)通，副氣壓艙室(3-1)與水壓平衡管
(I)之間設(shè)有柔性壓力平衡片(2)，主氣壓艙室(3-2)內(nèi)設(shè)置有激光源(11)，激光束與壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的入射角為θ，θ#0，反射的激光束穿過透光承壓堵頭(12)進入水聽器內(nèi)筒(6)照射到丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)上，該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理ECU中，這些有價值信號的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16)進行分析和處理;水聽器內(nèi)筒(6)設(shè)有導(dǎo)槽和齒條，在該齒條的上方水聽器外套筒(5)開設(shè)孔槽，在該孔槽的位置安裝套筒拉伸電機(4)，該電機轉(zhuǎn)動的時候，可以改變水聽器外套筒(5)及水聽器內(nèi)筒(6)之間的相對位置，使得二維矢量場水聽器(7)的長度發(fā)生改變(參見圖2)。
[0037]壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片由硬質(zhì)防腐材料構(gòu)成，嵌入有壓電陶瓷片，信號探測片通過具有彈性的柔性材料與水聽器外套筒(5)的外頂端固定連接，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片背面為反光鏡面。
[0038]二維矢量場水聽器(7)采用壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)獲得壓電陶瓷振動信號和丹倍定位器件所獲得的信號兩路信號，壓電陶瓷振動信號和該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理ECU中，處理過的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16) ο
[0039]利用丹倍效應(yīng)二維定位器件(15)對二維光點信息采集與識別，在單片機中對二維光點信息進行處理，用按鍵標(biāo)志當(dāng)前二維光點信息采集的狀態(tài)，錄入狀態(tài)，識別狀態(tài)，清除狀態(tài)，用液晶1602能夠顯示當(dāng)前二維光點信息采集識別的狀態(tài)信息；用繼電器對當(dāng)前信息進行判斷，例如提醒當(dāng)前二維光點信息識別錯誤;利用蜂鳴器和LED等提醒當(dāng)前二維光點信息識別是否正確。如圖7所示。
[0040]丹倍效應(yīng)二維定位器件(15)采集二維光點信息，然后用16位的飛思卡爾X128單片機對二維光點數(shù)字信息進行預(yù)處理，然后將二維光點信息數(shù)據(jù)送入STC89C52單片機中，一塊液晶1602與STC89C52單片機相連，液晶用于顯示當(dāng)前二維光點信息采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)和經(jīng)對比后二維光點信息采集的信息是否正確，用一個蜂鳴器和LED指示燈指示當(dāng)前采集的二維光點信息正確。當(dāng)采集到的二維光點信息正確，蜂鳴器發(fā)出響聲并且LED指示燈點
[0041]實施例2:本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明由水壓平衡管(1)、柔性壓力平衡片(2)、副氣壓艙室(3-1)、主氣壓艙室(3-2)、套筒拉伸電機(4)、水聽器外套筒(5)、水聽器內(nèi)筒
(6)、丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)、壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)、氣壓傳輸通道(10)、激光源(11)、透光承壓堵頭(12)、電池(13)、數(shù)據(jù)處理ECU(14)、信號濾波裝置(15)、中央計算機(16)構(gòu)成；
[0042]壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)安裝在水聽器外套筒(5)的外頂端，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)與透光承壓堵頭(12)之間為主氣壓艙室(3-2)，該主氣壓艙室(3-2)與副氣壓艙室(3-1)之間通過氣壓傳輸通道(10)進行聯(lián)通，副氣壓艙室(3-1)與水壓平衡管
(I)之間設(shè)有柔性壓力平衡片(2)，主氣壓艙室(3-2)內(nèi)設(shè)置有激光源(11)，激光束與壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的入射角為θ，θ#0，反射的激光束穿過透光承壓堵頭(12)進入水聽器內(nèi)筒(6)照射到丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)上，該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理ECU中，這些有價值信號的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機
(16)進行分析和處理;水聽器內(nèi)筒(6)設(shè)有導(dǎo)槽和齒條，在該齒條的上方水聽器外套筒(5)開設(shè)孔槽，在該孔槽的位置安裝套筒拉伸電機(4)，該電機轉(zhuǎn)動的時候，可以改變水聽器外套筒(5)及水聽器內(nèi)筒(6)之間的相對位置，使得二維矢量場水聽器(7)的長度發(fā)生改變(參見圖2)。
[0043]壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片由硬質(zhì)防腐材料構(gòu)成，嵌入有壓電陶瓷片，信號探測片通過具有彈性的柔性材料與水聽器外套筒(5)的外頂端固定連接，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片背面為反光鏡面。
[0044]二維矢量場水聽器(7)采用壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)獲得壓電陶瓷振動信號和丹倍定位器件所獲得的信號兩路信號，壓電陶瓷振動信號和該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理ECU中，處理過的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16) ο
[0045]二維信息采集識別系統(tǒng)電路工作原理:丹倍效應(yīng)二維定位器件(15)構(gòu)成的二維光點信息傳感器收到二維數(shù)據(jù)信息，通過串口給單片機發(fā)送命令，單片機同意并接收相應(yīng)的信息，二維光點信息傳感器采集的二維光點信息轉(zhuǎn)換成RGB格式，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機通過存儲在EEPROM中的固化程序執(zhí)行大量的模式識別和光點數(shù)據(jù)處理相關(guān)計算，當(dāng)輸入的二維光點信息被確認(rèn)，單片機將命令執(zhí)行機構(gòu)動作，開關(guān)開。硬件特性:80C51單片機是在8051的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，8051單片機與80C51單片機從外形看是完全一樣的，其指令系統(tǒng)、引腳信號、總線等完全一致(完全兼容)，主要差別就在于芯片的制造工藝上。80C51的制造工藝是在8051基礎(chǔ)上進行了改進。8051系列單片機采用的是HMOS工藝:高速度、高密度;80C51系列單片機采用的是CHMOS工藝:高速度、高密度、低功耗；
[0046]如圖8所示。采用8051作為二維光點信息采集識別系統(tǒng)的核心處理器，使用單片機內(nèi)部的4K程序存儲器，接+5V電源。復(fù)位電路則采用簡單RC復(fù)位電路，同時又可與一些需要復(fù)位的外圍電路相連，達到復(fù)位與單片機同步。/EA/Vpp為訪問內(nèi)部或外部程序存儲器的選擇信號。由于8051單片機有4K的內(nèi)部程序存儲器，又外接了 128Kx8的EEPROM存儲器，故該引腳必須接+5V高電平。/PSEN為外部程序存儲器讀選通控制信號。此電路中無擴展程序存儲器，故該腳懸空。串口通信接口設(shè)計采用MAX232實現(xiàn)TTL與RS-232的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與計算機通
?目O
【主權(quán)項】
1.一種二維矢量場水聽器，其特征在于:包括由水壓平衡管(1)、柔性壓力平衡片(2)、副氣壓艙室(3-1)、主氣壓艙室(3-2)、套筒拉伸電機(4)、水聽器外套筒(5)、水聽器內(nèi)筒(6)、丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)、壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)、氣壓傳輸通道(10)、激光源(11)、透光承壓堵頭(12)、電池(13)、數(shù)據(jù)處理ECU(14)、信號濾波裝置(15)、中央計算機(16)構(gòu)成;壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)安裝在水聽器外套筒(5)的外頂端，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)與透光承壓堵頭(12)之間為主氣壓艙室(3-2)，該主氣壓艙室(3-2)與副氣壓艙室(3-1)之間通過氣壓傳輸通道(10)進行聯(lián)通，副氣壓艙室(3-1)與水壓平衡管(I)之間設(shè)有柔性壓力平衡片(2)，主氣壓艙室(3-2)內(nèi)設(shè)置有激光源(11)，激光束與壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的入射角為θ，θ#0，反射的激光束穿過透光承壓堵頭(12)進入水聽器內(nèi)筒(6)照射到丹倍效應(yīng)二維定位器件(8)上，該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理ECU中，這些有價值信號的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16)進行分析和處理;水聽器內(nèi)筒(6)設(shè)有導(dǎo)槽和齒條，在該齒條的上方水聽器外套筒(5)開設(shè)孔槽，在該孔槽的位置安裝套筒拉伸電機(4)，該電機轉(zhuǎn)動的時候，可以改變水聽器外套筒(5)及水聽器內(nèi)筒(6)之間的相對位置，使得二維矢量場水聽器(7)的長度發(fā)生改變。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維矢量場水聽器，其特征在于:壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片由硬質(zhì)防腐材料構(gòu)成，嵌入有壓電陶瓷片，信號探測片通過具有彈性的柔性材料與水聽器外套筒(5)的外頂端固定連接，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的信號探測片背面為反光鏡面。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維矢量場水聽器，其特征在于:二維矢量場水聽器(7)采用壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)獲得壓電陶瓷振動信號和丹倍定位器件的二維信號兩路信號，壓電陶瓷振動信號和該二維定位器件上的坐標(biāo)值電壓信號通過丹倍定位信號線(17)輸入至信號濾波裝置(15)，壓電陶瓷振動信號接收反光膜(9)的壓電信號通過壓電陶瓷振動信號線(18)輸入至信號濾波裝置(15)的另一輸入端，經(jīng)過濾波處理之后兩路信號輸入到數(shù)據(jù)處理E⑶中，處理過的數(shù)據(jù)被統(tǒng)一送到中央計算機(16)。
【文檔編號】G01H11/08GK205562027SQ201620379568
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】陳蜀喬
【申請人】陳蜀喬