CN101285699A - 水下冲击波场测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的水下冲击波场测试系统由控制总站和若干测试站组成，以实时采集存储、事后无线传输的方式完成水下冲击波场的测试，测试站采用压力传感器，信号采集、处理、存储、无线传输等电路模块集成一体化的动态超压电子测试仪，由定位锚和浮标固定于各测试点；控制总站由无线传输模块和计算机等组成，测试前可对各测试站进行参数设置、性能检测，测试后传输测试数据；该测试系统具有实时采集记录、事后传输、可重触发多次使用等特点，它体积小、抗干扰能力强，信噪比高，布设简单，使用方便，适于各种水域的水下冲击波场测试系统使用。

Description

水下冲击波场测试系统

一.技术领域

本发明公开的水下冲击波场测试系统属冲击波测试技术领域，具体涉及一种一体化水下冲击波场的测试系统，它能够满足各种水域的水下冲击波场测试要求。

二.背景技术

水雷、鱼雷、深水炸弹、航弹和导弹等武器在水中爆炸的瞬间释放出巨大的能量，形成过热和高压气泡，在周围水域产生强烈的冲击波。处于爆炸场中的舰船将受到水中瞬态冲击波与气泡脉动压力等强烈作用，导致舰船局部或总体结构的严重破损，造成舰沉人亡的恶果。水下人员或动物受此冲击波也会遭到各种伤害。水下冲击波伤害为岛礁登陆作战时最常见的伤害之一，同时水下爆炸也是水中兵器设计技术、破坏效应和水下爆破工程的基础问题。

现有的水下冲击波测量系统分为有线传输和无线传输两种。有线传输系统是将放大器置于水面上，用很长的传输电缆连接放大器和地面的测量站。这种方式布设不方便，陆上测量站要远离传感器。这不仅增加传输电缆的长度，也增加了试验地点不能选择离陆地太远的限制，这些都大大加重了测量系统的布设限制与难度。另一方面，传感器与放大器间电缆的长度是随测试点的深度而定的，因为水下冲击波强度较大，作用于电缆时由于电缆效应产生的摩擦电荷是一个相当可观的虚假信号，将造成系统的信噪比降低。无线传输的方式采用水下前置放大器，水上架设发射装置，陆地上架设接收装置，接收装置后接存贮装置，发射装置实时的将冲击波信号发射给陆地上的接收装置。无线传输的测量系统因在爆炸时刻要实时地将测量信号发射给地面上的接收装置，爆炸时刻产生的各种干扰信号也加载到测量信号中，造成信噪比下降。而且当冲击波强度较大时，这种方式是实时传输的，爆炸过程中会在水面上产生水柱，尤其是在近水面大当量爆炸药爆炸时，水柱会持续一段时间，被水柱覆盖的发射装置不能正常通信，造成测量数据不完整。除此之外，水下冲击波信号的上升前沿陡硝，信号的带宽较宽，数据采集系统的采样率和分辨率应尽量的高。现有传输距离可用的无线传输系统的传输速率限制了采集系统的采样率和分辨率。综上所述，现有的水下冲击波场测量系统，包括有线传输和无线传输的测量系统，都存在着这样或那样的缺点，已经不能适应现代化水下冲击波场的测量。

三.发明内容

本发明的目的是：向社会提供一种小型一体化水下冲击波场测试系统，该水下冲击波场测试系统能解决现有水下冲击波场测量系统信噪比低、布设不便、使用条件受限等问题。

本发明的技术方案是这样的：这种水下冲击波场测试系统由一个控制总站和若干个测试站组成，所述的测试站可有若干个，即测试站可根据需要设置有一位、或两位、或三位的阿拉伯数字个，技术特点在于：每个测试站包括有浮标、定位锚和电子测试仪。浮标和定位锚是用来固定测试站位置的，电子测试仪是测试站的核心部分。所述的水下冲击波场测试系统的测试站均由定位锚和浮标固定于水下冲击波场的各测试点上，实时采集、存储所在测试点的水下冲击波场信息，之后控制总站无线回收各测试站测试的水下冲击波场信息。

根据以上所述的水下冲击波场测试系统，技术特点还有：该水下冲击波场测试系统的测试站均由水下冲击波场信息的电子测试仪为主构成，每个水下冲击波场信息的电子测试仪均由壳体、压力传感器、信号调理模块、A/D转换模块、数据压缩模块、存储模块、电源模块和无线传输模块共同组装而成。压力传感器直接与信号调理模块相连，共同做密封防水处理。

根据以上所述的水下冲击波场测试系统，技术特点还有：所述的水下冲击波场测试系统的控制总站是由计算机系统管理控制的水下冲击波场信息的电子控制总站。控制站由计算机及其软件和无线传输模块等共同组成。控制总站可移动地设置于陆地或是舰船上，在试验前通过无线传输的方式能为系统进行编程，设置量程、采样频率、触发电平、负延迟时间、触发次数等工作与测试参数，并控制电子测试仪的状态等。设置完毕后可撤除控制总站远离测试现场，将其放于安全地带。待测试结束后再将控制总站回放于有效的传输距离内，控制总站从各测试站的存储器内调出测试数据，无线回收各测试站测试的水下冲击波场信息，再现水下冲击波场的动态变化过程。

根据以上所述的水下冲击波场测试系统，技术特点还有：所述的水下冲击波场测试系统测试站的定位浮标上设置有该测试站的无线传输天线。水下电子测试仪的无线传输模块通过传输缆线与浮标箱上的发射天线相连。

根据以上所述的水下冲击波场测试系统，技术特点还有：所述的水下冲击波场测试系统的测试站的电子测试仪是具有大存储量的能多次重触发或间续多次使用的电子测试仪。

本发明的水下冲击波场测试系统的优点有：1.这种水下冲击波场测试系统是一体化水下冲击波测量系统，其特点是将传感器和采集系统的电路模块集成为一体，传感器与电路模块间的电缆只有几厘米，且密封在钢壳内不受压力，无电缆效应，又不易受爆炸时刻噪声信号的干扰，所以信噪比高；2.这种水下冲击波测量系统采用实时记录，事后传输，采样率和分辨率不受限；3.该水下冲击波场测试系统各测试站的电子测试仪体积小、抗干扰能力强、信噪比高，布设简单，使用方便，具有可多次重触发，即间续多次使用等特点。本发明的水下冲击波测量系统是水下冲击波场的现代化测量仪器，值得采用和推广。

四.附图说明

本发明的说明书附图共有3幅：

图1为测试系统的每个测试站结构示意图；

图2为测试系统的控制总站结构示意图；

图3为电子测试仪的结构示意图。

图中：1.发射天线；2.浮标；3.悬挂钢丝；4.防水抗冲击缆线；5.定位锚；6.电子测试仪；7.无线传输模块及接收/发射天线；8.计算机；9.悬挂孔；10.上端盖；11.隔板；12.壳体；13.缓冲橡胶；14.电路模块；15.传感器。

五.具体实施方案

本发明的水下冲击波场测试系统非限定实施例如下：

实施例一.水下冲击波场测试系统

该例的水下冲击波场测试系统具体结构由图1～图3联合示出。图1中：1为发射天线，2为浮标，3为悬挂钢丝，4为防水抗冲击缆线，5为定位锚，6为电子测试仪，由1～6组成了一个测试站，这样的测试站可有多个或若干个，根据需要测试站可设置有一位、或两位、或三位的阿拉伯数字个，多点组成一个水下冲击波测试场。浮标2可做成金属箱体，内外刷防水漆，其体积由电子测试仪6的重量和浮标2自身的重量决定。浮标2下面伸出的两个定位锚5固定于水下，使每个测试站放置于被测点上，电子测试仪6用两根悬挂钢丝3吊挂在浮标2上，浮标2上设置有该测试站的无线传输天线1。水下电子测试仪6的无线传输模块通过传输缆线4(缆线如是防水抗冲击缆线)与浮标箱2上的发射天线1相连。测试作业时，每个测试站实时采集、存储所在测试点的水下冲击波场信息，之后控制总站无线回收各测试站测试的水下冲击波场信息。该例水下冲击波场测试系统的控制总站是由计算机系统管理控制的水下冲击波场信息的电子控制总站。控制总站由计算机8和无线传输模块及接收/发射天线7等共同组成，控制总站由图2示出。控制总站可移动地设置于陆地或是舰船上，在试验前通过无线传输的方式可为系统(包括电子测试仪6)进行编程，设置量程、采样频率、触发电平、负延迟时间、触发次数等工作与测试参数，并控制电子测试仪6的状态等。设置完毕后可撤除控制总站远离测试现场，将其放于安全地带。待测试结束后再将控制总站回放于有效的传输距离内，控制总站从各测试站的存储器内调出测试数据，无线回收各测试站测试的水下冲击波场信息，再现水下冲击波场所采集、测试的动态变化过程。该例水下冲击波场测试系统的测试站均由水下冲击波场信息的电子测试仪6为主构成，水下冲击波场信息的每个电子测试仪6包括有：壳体12，如壳体12是钢壳的；压力传感器15，如采用PCB公司的138A38型传感器；信号调理模块可将传感器输出的信号转换成幅值和频率都适合AD转换的信号，例如138A38型传感器的信号调理模块由恒流管、分压电路和抗混叠滤波器(即二阶压控电压源滤波器)组成，如压力传感器为压电传感器，它的信号调理模块可由电荷放大器和抗混叠滤波器组成；A/D转换模块本例采用AD公司的16位的AD7484；数据压缩模块采用LZW字典压缩算法，FPGA来实现，其硬件结构可采用LZW算法模块、压缩序列脉冲发生器模块、字典编码存储器模块、左右地址发生器、出口双端口存储器模块、位数转换模块、存储器地址发生器等组装而成；存储模块由两片三星公司的K9F1G08UAM为核心构成；电源模块为系统提供电源并对其管理，电源采用可充电的锂电池，电压3.6伏、200mAh，管理芯片如采用MAX894；无线传输模块例如采用无线收发器NewMsg-RF905，最高工作速率50kbps，125频道，可满足多点通信和跳频通信需要。一个电子测试仪6的结构和组成如图3所示。压力传感器15直接与信号调理模块相连，共同做了密封防水处理，安装传感器15一端的防水密封是通过O型圈和螺纹连接实现的，除压力传感器15外的其它电路模块，包括信号调理模块、A/D转换模块、数据压缩模块、存储模块、电源模块和无线传输模块等用环氧树脂固化在壳体12内。环绕于电路模块壳体的缓冲橡胶可减小电路模块受到的冲击。在电路模块14和上端盖10间有圆板11起隔离作用。在将传感器15和电路模块14装入安装筒后放入隔板11，预留一部分传输缆线在上端盖10和隔板11之间的空腔内，同时在空腔内注入足够量的硅胶，盖上上端盖10挤压出多余的硅胶，用螺钉固定好上端盖10，待硅胶固化后可起到对输出缆线的有效密封。该例的电子测试仪6是具有大存储量的能多次重触发，或接连或间续地多次使用的电子测试仪。

实施例二.水下冲击波场测试系统

该例的水下冲击波场测试系统大体结构可用图1～图3等联合示出，该例的水下冲击波场测试系统与实施例一不同点有：1.该例的水下冲击波场测试系统的电子测试仪的各功能电子电路均可用公知公用的技术进行设计和制做，只要它们能完成其功能的均可采用；2.该例的电子测试仪的各功能电子电路所采用的电路模块、压力传感器等均可用公知公用的技术进行设计，还可使用公知、公用、市售的商品替代，只要它们能完成其功能的均可采用。该例水下冲击波场测试系统其余未述的，全同于实施例一中所述的，不再重述。

Claims (4)

1.一种水下冲击波场测试系统，包括控制总站和若干测试站，特征在于：所述的水下冲击波场测试系统的测试站均由定位锚和浮标固定于水下冲击波场的各测试点上，实时采集、存储所在测试点的水下冲击波场信息，之后控制总站无线回收各测试站测试的水下冲击波场信息。

2.根据权利要求1所述的水下冲击波场测试系统，特征在于：所述的水下冲击波场测试系统的测试站均由水下冲击波场信息的电子测试仪为主构成，每个水下冲击波场信息的电子测试仪由壳体、压力传感器、数据压缩模块、存储模块和无线传输模块组成。

3.根据权利要求1所述的水下冲击波场测试系统，特征在于：所述的水下冲击波场测试系统的控制总站是由计算机系统管理控制的水下冲击波场信息的电子控制总站。

4.根据权利要求1所述的水下冲击波场测试系统，特征在于：所述的水下冲击波场测试系统的测试站的定位浮标设置有该测试站的无线传输天线。

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