一種數字式水下噪聲測量裝置製造方法
2023-07-31 19:32:46
一種數字式水下噪聲測量裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型是一種數字式水下噪聲測量裝置，屬水聲測量【技術領域】。裝置由接收水聽器、信號前放模塊、點對點光端機和計算機組成，點對點光端機分由點對點光端機的水下節點與點對點光端機的岸上節點兩個獨立部份組成，兩個獨立部份之間通過光纜連接；接收水聽器安裝在水下升降式測量浮筒外，信號前放模塊安裝於浮筒內，接收水聽器通過導線與信號前放模塊連接，點對點光端機的水下節點安裝於座底式水密電子艙內，點對點光端機的岸上節點和計算機置於岸上測量機房，信號前放模塊連接通過導線與點對點光端機連接，點對點光端機的岸上節點通過乙太網與計算機連接，計算機硬碟實時記錄全部數據。
【專利說明】一種數字式水下噪聲測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種數字式水下噪聲測量裝置，適用於水面、水下航行體輻射噪聲及水下環境噪聲的信號採集、傳輸、記錄及分析處理。屬水聲測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]水下噪聲測量系統主要用於水面、水下航行體輻射噪聲監聽及水聲環境特性監測等。現有系統一般採用模擬信號測量方式，其工作原理為:布放於水下的水聽器接收到水聲信號後，送前放電路進行放大後通過差分傳輸的方式送岸上信號處理設備進行處理，然後利用磁帶機記錄模擬信號；試驗結束後，磁帶機回放數據，利用示波器和頻譜分析儀等設備、儀器對模擬信號進行分析和處理，得出測量結果。該方式優點是技術成熟，可以藉助信號記錄儀、頻譜分析儀等先進的儀器進行分析處理，缺點是:一、雖然採用了差分傳輸方式，但信號傳輸距離受電纜等條件限制難以大幅增加，並且模擬信號(電信號)在傳輸過程中仍然容易受到幹擾，影響測量結果；二、試驗操作流程複雜，且對使用人員的專業技能要求較高；三、信號記錄儀、頻譜分析儀等設備較為昂貴，維護、維修成本較高，設備研製和試驗使用中的費效比較高。
[0003]隨著光纖通信技術的成熟和計算機軟硬體技術、網絡技術的不斷進步，數位化、簡單化和智能化已經成為了水聲測量設備研製的發展趨勢，同時，水下噪聲測量系統對測量精度、信號傳輸距離等要求也越來越高，因此，有必要設計更加可行、有效的測量方案。
【發明內容】
[0004]本實用新型針對上述模擬信號測量方式的不足，發明一種數字式水下噪聲測量裝置。它基於光纖數位化傳輸並應用計算機進行信號分析處理的水下噪聲測量裝置，讓信號傳輸和處理結構上實現了光電隔離，提高了測量系統的抗幹擾能力。
[0005]本實用新型是通過下列結構完成的:數字式水下噪聲測量裝置由接收水聽器、信號前放模塊、點對點光端機和計算機組成，其中點對點光端機分由點對點光端機的水下節點與點對點光端機的岸上節點兩個獨立部份組成，兩個獨立部份之間通過光纜連接；
[0006]接收水聽器安裝在水下升降式測量浮筒外，信號前放模塊安裝於浮筒內，接收水聽器通過導線與信號前放模塊連接，點對點光端機的水下節點安裝於座底式水密電子艙內，點對點光端機的岸上節點和計算機置於岸上測量機房，信號前放模塊連接通過導線與點對點光端機連接，點對點光端機的水下節點與點對點光端機的岸上節點通過光纖連接，點對點光端機的岸上節點通過乙太網與計算機連接，計算機硬碟實時記錄全部數據。
[0007]所述的點對點光端機由前端的點對點光端機水下節點和後端的點對點光端機的岸上節點組成，前端的點對點光端機水下節點與後端的點對點光端機的岸上節點之間通過光纜接通；其中前端的點對點光端機水下節點由抗混疊濾波電路，A/D轉換電路和電/光轉換電路順序連接而成，後端的點對點光端機岸上節點由光/電轉換電路和數據打包組成。
[0008]所述的信號前放模塊由信號放大和信號轉換電路組成。
[0009]該裝置工作原理為:放置在水面下的接收水聽器接收到水聲信號，水聲信號經信號前放模塊進行放大處理後，以差分模擬信號的形式接入點對點光端機的水下節點，點對點光端機的水下節點將模擬差分信號進行A/D轉換先變換為電/光信號後，再將電/光信號轉換為光數位訊號後，通過光纖傳輸至點對點光端機的岸上節點，點對點光端機的岸上節點對信號進行光/電轉換後數據打包成乙太網能接受物數據包，再傳送給計算機，計算機內錄硬碟實時記錄、顯示和存儲實驗過程中的全部數位訊號，供研究之用。
[0010]本實用新型裝置具有以下優點:利用光纖通信技術完成了水聲信號的數字式傳輸，加大了信號傳輸距離，並在信號傳輸和處理結構上實現光電隔離，提高測量系統的抗幹擾能力；本實用新型裝置在岸上將光纖數位訊號轉換為乙太網數據包傳入計算機，充分利用現代高性能計算機運算速度快、硬碟容量大的優點，實現了高速海量水聲數位訊號的記錄存儲。
[0011]本實用新型裝置具備信號傳輸距離遠、抗幹擾能力強和操作簡便的優點，且結構簡單、通用性強、成本低廉，可直接應用於水面、水下航行體輻射噪聲測量和水下環境噪聲測量等領域，具有顯著的軍事、經濟價值和較好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1本裝置的結構框圖。
[0013]圖2本裝置的工作原理框圖。
[0014]圖3本裝置的信號轉換電路圖。
[0015]圖4本裝置的抗混疊濾波電路圖。
[0016]圖5本裝置的A/D轉換電路圖。
[0017]圖6本裝置的電/光轉換電路圖。
[0018]圖7本裝置數據記錄流程的示意圖。
[0019]圖8本裝置對存儲實驗信號進行後期分析處理的流程圖。
[0020]圖9本裝置的光/電轉換電路圖。
【具體實施方式】
[0021]本實用新型一種數字式水下噪聲測量裝置由接收水聽器、信號前放模塊、點對點光端機和計算機組成，其中點對點光端機分由點對點光端機的水下節點與點對點光端機的岸上節點兩個獨立部份組成，兩個獨立部份之間通過光纜連接。
[0022]接收水聽器安裝在水下升降式測量浮筒外，信號前放模塊安裝於浮筒內，接收水聽器通過導線與信號前放模塊連接，點對點光端機的水下節點安裝於座底式水密電子艙內，點對點光端機的岸上節點和計算機置於岸上測量機房，信號前放模塊連接通過導線與點對點光端機連接，點對點光端機的水下節點與點對點光端機的岸上節點通過光纖連接，點對點光端機的岸上節點通過乙太網與計算機連接，計算機硬碟實時記錄全部數據。
[0023]所述點對點光端機由前端的點對點光端機水下節點和後端的點對點光端機的岸上節點組成；其中前端的點對點光端機水下節點由抗混疊濾波電路，A/D轉換電路和電/光轉換電路順序連接而成，後端的點對點光端機岸上節點由電/光轉換電路和數據打包連接組成。
[0024]所述信號前放模塊由信號放大和信號轉換電路組成。
[0025]本實用新型數字式水下噪聲測量裝置包括接收水聽器、信號前放模塊、點對點光端機和實時數據顯示、記錄處理用的計算機。利用本實用新型數字式水下噪聲測量裝置存儲的實驗信號，可以進行後期信號回放、分析和處理。結構如圖1所示。
[0026]按技術方案研製出水聲信號遠程採集及記錄分析裝置的硬體設備，包括:接收水聽器、前放模塊(信號處理電路如圖3所示)、點對點光端機(由抗混疊濾波模塊、A/D轉換模塊和電/光轉換模塊，與光/電轉換電路圖和數據打包組成，如圖4?圖6所示)，選購高性能的通用計算機，配備千兆乙太網卡。抗混疊濾波模塊、A/D轉換模塊、電/光轉換模塊和光/電轉換電路圖市場都有銷售模塊。
[0027]安裝連接裝置並布放於測量水域:其中接收水聽器安裝在水下升降式測量浮筒夕卜，信號前放模塊安裝於浮筒內，點對點光端機的水下節點安裝於座底式水密電子艙內，點對點光端機的岸上節點和用於數據記錄、分析處理計算機置於岸上測量機房，計算機內可以安裝數據記錄器，為進行後期處理，可再安裝信號分析處理軟體。
[0028]信號採集時，裝置開機，運行記錄水聲信號數據，進行水聲信號的實時採集、顯示和數據記錄工作。採集結束後，進行後期數據分折處理，可使用噪聲數據分析處理軟體進行數據的試後分析處理，得出測量結果並形成測試報告。
[0029]試驗結束後，人們還可以通過專門信號分析處理軟體，對存儲在計算機內的數據進行回放、分析和處理數據等各種研究，進一步獲得不同結果，完成水下噪聲的測量。其工作原理如圖2所示。
[0030]人們可以利用本裝置存儲的數據進行後期處理，則可以依據原始乙太網數據協議再開發設計一些水聲信號數據記錄軟體和噪聲數據分析處理軟體。其中數據記錄軟體採用VC++進行開發設計,結合網絡編程技術、內存映射及多線程等Windows核心編程技術完成高速海量數據的記錄存儲，程序流程如圖7所示；分析處理軟體可以採用Matlab工具進行開發設計，充分利用其強大的科學計算和可視化功能來完成試後的後期數據回放、處理、分析和結果顯示，程序流程如圖8所示。
[0031]本裝置後期處理工作可以用一臺計算機模擬替代了以前的示波器、數據記錄儀和頻譜分析儀等貴重儀器，大大提高了噪聲測量系統的智能化水平，簡化了測量試驗的操作流程，降低了對試驗操作人員的專業技能要求和設備研製、使用中的費效比。
[0032]本發明基於光纖數位化傳輸和計算機分析處理的水下噪聲信號測量方案，研製一種數字式水下噪聲測量裝置。該裝置應用光纖通信技術進行水聲信號的數字式傳輸，利用現代高性能計算機運算速度快、硬碟容量大的優點，結合應用軟體進行數據存儲記錄及分析處理，完成水下噪聲信號的採集、傳輸、記錄和分析處理。
【權利要求】
1.一種數字式水下噪聲測量裝置，其特徵在於噪聲測量裝置由接收水聽器、信號前放模塊、點對點光端機和計算機組成，其中點對點光端機分由點對點光端機的水下節點與點對點光端機的岸上節點兩個獨立部份組成，兩個獨立部份之間通過光纜連接； 接收水聽器安裝在水下升降式測量浮筒外，信號前放模塊安裝於浮筒內，接收水聽器通過導線與信號前放模塊連接，點對點光端機的水下節點安裝於座底式水密電子艙內，點對點光端機的岸上節點和計算機置於岸上測量機房，信號前放模塊連接通過導線與點對點光端機連接，點對點光端機的水下節點與點對點光端機的岸上節點通過光纖連接，點對點光端機的岸上節點通過乙太網與計算機連接，計算機硬碟實時記錄全部數據。
2.根據權利要求1所述的數字式水下噪聲測量裝置，其特徵在於點對點光端機由前端的點對點光端機水下節點和後端的點對點光端機的岸上節點組成，前端的點對點光端機水下節點與後端的點對點光端機的岸上節點之間通過光纜接通；其中前端的點對點光端機水下節點由抗混疊濾波電路，A/D轉換電路和電/光轉換電路順序連接而成，後端的點對點光端機岸上節點由光/電轉換電路和數據打包組成。
3.根據權利要求1所述的數字式水下噪聲測量裝置，其特徵在於信號前放模塊由信號放大和信號轉換電路組成。
【文檔編號】G01H17/00GK203981270SQ201420434247
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月4日 優先權日:2014年8月4日
【發明者】龔浩亮, 段文海, 馬小勤, 邢超 申請人:中國船舶重工集團公司七五○試驗場