CN101458331B - 一种多普勒声纳测试的声对接装置 - Google Patents

一种多普勒声纳测试的声对接装置 Download PDF

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一种多普勒声纳测试的声对接装置，包括用于固定多普勒声纳(12)的固定基座、发射换能器(9)和接收换能器(10)，其特征在于，在多普勒声纳每个换能器表面分别对接有一个发射换能器(9)，其中一个多普勒声纳换能器表面与一个发射换能器和一个接收换能器(10)共同对接，在发射换能器(9)或接收换能器(10)与多普勒声纳换能器之间对接面处装有匹配材料(7)，所述发射换能器(9)和接收换能器(10)与多普勒声纳换能器表面之间通过固定在固定基座上的压紧装置实现可靠的声耦合。本装置适用于采用四个换能器按照波束方向安装的多普勒声纳的陆上精度测试，它简化了多普勒声纳精度测试的过程，降低了测试成本，缩短了测试时间。

Description

一种多普勒声纳测试的声对接装置
技术领域
本发明涉及声纳的测试技术，特别是涉及一种多普勒声纳测试的声对接装置。
背景技术
根据多普勒频移原理，只要声源(或接收器)与散射体之间有相对运动，检测海底回波的频移可求得载体的对地速度。多普勒声纳通常为四波束正交配置(JANUS配制)，每个波束和水平面夹角为60°，相邻两波束水平投影的夹角为90°，在作用深度范围内，每个波束都能测得地速分量，四波束可测四个对地分速度，通过矢量合成便可求得速度矢量，同时测量载体相对海底的深度。
随着声学测速技术的发展，多普勒声纳出现了新的发展，尤其是宽带多普勒声纳的出现，它利用相位编码信号进行测速，测量精度不断提高，但其信号复杂性加大。同时，多普勒声纳已成功应用于多种载体的导航。多普勒声纳形成四个波束的方法一般有两种，一种采用四个换能器按照波束方向安装，另一种方法是采用相控的方法，采用一个平面基阵实现四个波束形成，这种多普勒声纳一般称为相控阵多普勒计程仪。本发明仅针对第一种波束形成方法。
国内外测试多普勒声纳的通用方法是进行实航试验或水池试验，实航试验就是将多普勒声纳固定在船上，并与船一起航行，将多普勒声纳测量的速度数据与用差分GPS得到的数据比较，从而判断多普勒声纳的功能以及测量精度，但是这种方法的代价高，时间长，同时还受到海深、航速和海况的限制。水池试验则一般只能进行功能测试，很难进行精度测试，而实验室里的测试方法一般是将信号源的电信号加到多普勒声纳的接收通道的电子组件上，即电对接的方式。采用电对接的方式进行测试存在两个缺点，一是采用电对接，跳过了声纳换能器，那么测试结果不能说明声纳换能器的技术状态。二是采用电对接，回波电信号直接加到声纳电子组件上，改变了多普勒声纳的实际工作状态，破坏了电磁兼容性。三是无法准确测量多普勒声纳的精度指标。
发明内容
本发明的目的是针对上述采用四个换能器按照波束方向安装的多普勒声纳陆上测试存在的问题，提出一种安装和拆卸简单、方便的多普勒声纳测试的声对接装置，使其能在陆上声环境条件下方便测试多普勒声纳的精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多普勒声纳测试的声对接装置，包括用于固定多普勒声纳12的固定基座、发射换能器9和接收换能器10，其特征在于，在多普勒声纳每个换能器表面分别对接有一个发射换能器9，其中一个多普勒声纳换能器表面与一个发射换能器和一个接收换能器10共同对接，在发射换能器9或接收换能器10与多普勒声纳换能器之间对接面处装有匹配材料7，所述发射换能器9和接收换能器10与多普勒声纳换能器表面之间通过固定在固定基座上的压紧装置实现可靠的声耦合。
所述匹配材料为透声材料，其声阻抗率ρc与海水的声阻抗率一致，并且厚度保证声信号透过该材料后的远场条件的实现。
所述匹配材料优选橡胶。
在上述方案中，发射换能器和接收换能器可以为压电陶瓷换能器，其中心频率和带宽与多普勒声纳换能器一致。
在上述方案中，所述固定基座可以由至少三根垂直设置的基座支撑杆2和支撑板1构成，所述支撑板与基座支撑杆下部相连，所述位于至少三根基座支撑杆之间的支撑板表面形状与多普勒声纳12的工作表面形状一致，在支撑板表面与多普勒声纳换能器对应位置处设有供发射换能器9或接收换能器10穿过的孔。
在上述支撑板表面孔的周围可以安装有用于固定匹配材料的簧片7。
在上述方案中，所述压紧装置可以由位于固定基座上部将多普勒声纳向下压紧的多普勒声纳压紧装置和位于支撑板背面将发射换能器向上压紧的发射换能器压紧装置，以及位于支撑板背面将接收换能器向上压紧的接收换能器压紧装置。
所述多普勒声纳压紧装置可以由位于基座支撑杆上部的上盖板3构成，位于上盖板3边缘的安装孔穿过基座支撑杆2顶部的螺杆，螺杆上装有将上盖板3下压的固定螺母4，在上盖板3中央设有通孔，该通孔套在多普勒声纳后部的台阶上。
所述发射换能器压紧装置或/和接收换能器压紧装置可以包括压紧盖13、内支座14、弹簧15和钢珠16以及导向筒5，导向筒5固定在支撑板1供发射换能器9或接收换能器10穿过的孔的背面，压紧盖13以螺纹方式与导向筒5连接，内支座14固定在压紧盖13的内端面，弹簧15位于内支座14的钢珠槽内，钢珠16位于内支座14的钢珠槽内弹簧上面，所述导向筒5和压紧盖13的内径分别能容纳发射换能器或接收换能器。
所述接收换能器压紧装置可以采用安装盖8，安装盖8固定在支撑板1上接收换能器10穿过的孔的背面，直接支撑接收换能器。
工作原理：
(1)利用固定固定基座和压紧装置将接收换能器、发射换能器通过匹配材料与多普勒声纳的换能器保持良好的声耦合。
(2)多普勒声纳发射的声信号通过匹配材料传递给声对接装置的接收换能器，接收换能器将接收到的声信号转换成电信号并送入处理电路。
(3)处理电路将处理后具有设定速度和深度信息的电信号送给发射换能器，发射换能器将上述电信号转换成声信号并通过匹配材料耦合到多普勒声纳的换能器上。
(4)多普勒声纳接收上述声信号并处理，得到速度和深度的测量值。
(5)将多普勒声纳的速度和深度的测量值与上述设定值比较，判断多普勒声纳的性能状态，从而实现了多普勒声纳的陆上精度测试。
本发明具有如下优点：(1)实现了多普勒声纳陆上条件下的海洋声环境的仿真。(2)基于本装置实现了对多普勒声纳精度的测试。(3)与多普勒声纳没有任何电连接，不会影响多普勒声纳的工作状态和性能。(4)安装和拆卸简单、方便。
本装置适用于采用四个换能器按照波束方向安装的多普勒声纳的陆上精度测试，它简化了多普勒声纳精度测试的过程，降低了测试成本，缩短了测试时间。
附图说明
图1为本发明实施例的主视图。
图2为本发明实施例支撑板的俯视图。
图3为发射换能器压紧装置结构示意图。
图4为接收换能器压紧装置结构示意图。
图5为本发明工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限制，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
参阅图1至图4：本实施例包括用于固定多普勒声纳12的固定基座、发射换能器9和接收换能器10，在多普勒声纳四个换能器表面分别通过压紧装置和匹配材料7对接有一个发射换能器9，其中一个多普勒声纳换能器表面与一个发射换能器9和一个接收换能器10共同对接，共用一块匹配材料7。匹配材料7采用透声橡胶，橡胶厚度为15毫米，其声阻抗率ρc与海水的声阻抗率一致。发射换能器和接收换能器选用压电陶瓷换能器，其中心频率和带宽与多普勒声纳换能器一致。
所述固定基座可以由四根垂直设置的基座支撑杆2和支撑板1构成，所述支撑板与基座支撑杆下部相连，并与基座支撑杆垂直。所述位于四根基座支撑杆之间的支撑板表面形状与多普勒声纳12的工作表面形状一致，多普勒声纳12放入四根基座支撑杆2之间的空间，其工作面紧贴支撑板表面。在支撑板表面与多普勒声纳四个换能器对应位置处设有供四个发射换能器9和一个接收换能器10穿过的孔，在该孔的周围安装有用于固定匹配材料的簧片7。
所述压紧装置由位于固定基座上部的多普勒声纳压紧装置和位于支撑板背面的发射换能器压紧装置，以及位于支撑板背面的接收换能器压紧装置。
所述多普勒声纳压紧装置由位于基座支撑杆2上部的上盖板3构成，位于上盖板3边缘的安装孔穿过基座支撑杆2顶部的螺杆6，螺杆6上装有将上盖板3下压的固定螺母4，在上盖板3中央设有通孔，该通孔套在多普勒声纳后部的台阶上。
所述发射换能器压紧装置包括压紧盖13、内支座14、弹簧15和钢珠16以及导向筒5，导向筒5固定在支撑板1供发射换能器9或接收换能器10穿过的孔的背面，压紧盖13以螺纹方式与导向筒5连接，内支座14固定在压紧盖13的内端面，弹簧15位于内支座14的钢珠槽内，钢珠16位于内支座14的钢珠槽内弹簧上面，所述导向筒5和压紧盖13的内径分别能容纳发射换能器或接收换能器。
所述接收换能器压紧装置采用安装盖8，安装盖8固定在支撑板1上接收换能器10穿过的孔的背面，直接支撑接收换能器。
本实施例使用时，将多普勒声纳12平置于固定基座上的支撑板1上，使其工作面对准支撑板1表面，并使多普勒声纳的四个换能器压住四块匹配材料7，匹配材料通过支撑板上的簧片10定位，用上盖板3压住多普勒声纳12；将接收换能器8穿过支撑板1上的孔，使接收换能器8的接收面贴紧在匹配材料7上，用接收换能器压紧装置中的安装盖8固定；将发射换能器9穿过支撑板1上的孔和导向筒5，使发射换能器9的发射面贴紧在匹配材料7上，用发射换能器压紧装置压紧。最后通过调节位于四根基座支撑杆2顶部的螺杆6上的固定螺母4，以及调节发射换能器压紧装置中的压紧盖13在导向筒5上的位置，使多普勒声纳的四个换能器与声对接装置的四个发射换能器和1个接收换能器保持良好声耦合。
本实施例发射换能器9和接收换能器10与多普勒声纳12换能器表面之间通过固定在固定基座上的上述压紧装置能够实现可靠的声耦合。
利用本发明所述的声对接装置对多普勒声纳进行精度测试，在陆上条件下模拟海底回波，实现多普勒声纳测试的完全声环境仿真，参见图5：多普勒声纳发射的声信号通过匹配材料传递给接收换能器，接收换能器将接收到的声信号转换成电信号并送入处理电路。处理电路将处理后具有设定速度和深度信息的电信号送给发射换能器，发射换能器将上述电信号转换成声信号并通过匹配材料耦合到多普勒声纳的换能器上。多普勒声纳接收上述声信号并处理，得到速度和深度的测量值。将多普勒声纳的速度和深度的测量值与上述设定值比较，判断多普勒声纳的性能状态，从而实现了多普勒声纳的陆上精度测试。

Claims (7)

1.一种多普勒声纳测试的声对接装置，包括用于固定多普勒声纳(12)的固定基座、发射换能器(9)和接收换能器(10)，其特征在于，在多普勒声纳每个换能器表面分别对接有一个发射换能器(9)，其中一个多普勒声纳换能器表面与一个发射换能器和一个接收换能器(10)共同对接，在发射换能器(9)或接收换能器(10)与多普勒声纳换能器之间对接面处装有匹配材料(7)，所述匹配材料(7)为透声材料，其声阻抗率ρc与海水的声阻抗率一致，并且厚度保证声信号透过该材料后的远场条件的实现，所述固定基座由至少三根垂直设置的基座支撑杆(2)和支撑板(1)构成，所述支撑板与基座支撑杆下部相连，所述位于至少三根基座支撑杆之间的支撑板表面形状与多普勒声纳(12)的工作表面形状一致，在支撑板表面与多普勒声纳换能器对应位置处设有供发射换能器(9)或接收换能器(10)穿过的孔，所述发射换能器(9)和接收换能器(10)与多普勒声纳换能器表面之间通过固定在固定基座上的压紧装置实现可靠的声耦合，所述压紧装置由位于固定基座上部将多普勒声纳向下压紧的多普勒声纳压紧装置和位于支撑板背面将发射换能器向上压紧的发射换能器压紧装置，以及位于支撑板背面将接收换能器向上压紧的接收换能器压紧装置组成。
2.根据权利要求1所述的一种多普勒声纳测试的声对接装置，其特征在于，所述匹配材料为橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种多普勒声纳测试的声对接装置，其特征在于，发射换能器和接收换能器为压电陶瓷换能器，其中心频率和带宽与多普勒声纳换能器一致。
4.根据权利要求1所述的一种多普勒声纳测试的声对接装置，其特征在于，在支撑板表面孔的周围设有用于固定匹配材料的簧片(7)。
5.根据权利要求1所述的一种多普勒声纳测试的声对接装置，其特征在于，所述多普勒声纳压紧装置由位于基座支撑杆上部的上盖板(3)构成，位于上盖板(3)边缘的安装孔穿过基座支撑杆(2)顶部的螺杆(6)，螺杆(6)上装有将上盖板(3)下压的固定螺母(4)，在上盖板(3)中央设有通孔，该通孔套在多普勒声纳后部的台阶上。
6.根据权利要求1所述的一种多普勒声纳测试的声对接装置，其特征在于，所述发射换能器压紧装置或/和接收换能器压紧装置包括压紧盖(13)、内支座(14)、弹簧(15)和钢珠(16)以及导向筒(5)，导向筒(5)固定在支撑板(1)供发射换能器(9)或接收换能器(10)穿过的孔的背面，压紧盖(13)以螺纹方式与导向筒(5)连接，内支座(14)固定在压紧盖(13)的内端面，弹簧(15)位于内支座(14)的钢珠槽内，钢珠(16)位于内支座(14)的钢珠槽内弹簧上面，所述导向筒(5)和压紧盖(13)的内径分别能容纳发射换能器或接收换能器。
7.根据权利要求1所述的一种多普勒声纳测试的声对接装置，其特征在于，所述接收换能器压紧装置采用安装盖(8)，安装盖(8)固定在支撑板(1)上接收换能器(10)穿过的孔的背面，直接支撑接收换能器。
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