CN102494758A - 一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置 - Google Patents

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本发明公开了一种用于消除振速水听器振动噪声的装置，采用振动监测传感器、信号调理电路和差分放大电路抵消了对水下平台的振动噪声对振速水听器的干扰，由此提高了振速水听器的测量准确度；采用信号调理电路对振动检测传感器和振速水听器的输出信号的放大倍数进行调整，使振速水听器的测量精度大幅度提高；在与振动监测传感器相连的运算放大器的信号输出端和负输入端之间通过电缆连接一个变阻器，是用户可根据实际需要随时调整该运算放大器的放大倍数，使该装置实用方便灵活。

Description

一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置
技术领域
本发明涉及振速水听器，具体涉及一种用于消除振速水听器安装于刚性、非稳水下平台振动噪声的装置。
背景技术
振速水听器在水声设备上的应用日益广泛，但长期以来，在非稳性水下平台上安装使用振速水听器时，由于受到非稳平台自身振动噪声干扰的影响，限制了振速水听器的实际使用效果，其主要原因是：振速水听器内部拾振部件的主要敏感元件采用的是振动传感器，而整个拾振部件是通过弹簧悬挂在支架上然后再固定于水下安装平台，当水下平台由于自身的非稳定性受到海流等外力作用发生振动时，这种振动通过振速水听器的悬挂支架、弹簧等部件耦合到水听器拾振部件的主要敏感元件上，产生噪声信号。这种噪声信号叠加在振速水听器所另外获取的有用声波信号上，形成了干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于消除振速水听器振动噪声的装置，能够抵消水下平台的振动噪声对振速水听器的干扰。
本发明的一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置，包括振速水听器、振动监测传感器、传感器安装适配座、信号调理电路、差分放大电路和信号电缆：
所述振速水听器固定在水下平台的外表面，用于探测含有振动噪声的水下声场的声波信号；
所述传感器安装适配座紧固在水下平台的内壁上；
所述传感器安装适配座由刚性材料加工而成；
振动监测传感器采用与振速水听器相同的三轴加速度计作为敏感元件，用于探测水下平台的振动信号；振动监测传感器固定安装在传感器安装适配座上，且振动监测传感器中的三轴加速度计的三个轴的方向与振速水听器中的三轴加速度计的所对应的三个轴的方向一致；
所述信号调理电路安装在水下平台内部，其设置有两个信号输入口P1和P2、两个信号输出口O1和O2；其中信号输入口P1通过信号电缆与振动监测传感器的信号输出端相连，并接收振动监测传感器输出的水下平台的振动信号；信号输入口P2通过穿过水下平台的信号电缆与振速水听器的信号输出端相连，并接收振速水听器输出的含有振动噪声的水下声场的声波信号；
信号调理电路将水下平台的振动信号放大A1倍，将含有振动噪声的水下声场的声波信号放大A2倍后分别通过信号输出口O1和O2输出；
所述A1和A2满足A1＝AugA2，其中增益倍数Au是在空气环境下，振速水听器和振动监测传感器对同一振动信号的幅度的测量值的比值；
所述增益倍数Au的确定方法为：在空气中用磁电式振动激励台对装置施加大幅度的振动力，将得到振速水听器的输出信号的幅度值除以振动监测传感器的输出信号的幅度值，即得到增益倍数Au。
所述信号调理电路分别采用两个型号为AD820的运算放大器对振速水听器和振动监测传感器的输出信号进行放大。
在与振动监测传感器相连的运算放大器的负输入端和信号输出端之间串联的电阻为可变电阻，用于调整该运算放大器的放大倍数。
所述信号调理电路中的运算放大器的信号输入端和信号输出端分别串接入一个电容。
所述差分放大电路的两个输入口分别连接信号调理电路的两个信号输出口，并对两路信号求差值后再进行放大输出。
所述差分放大电路采用型号为AD620AN的差分仪表放大器对两路信号进行差分放大处理。
本发明提供的一种用于消除振速水听器振动噪声的装置，采用振动监测传感器、信号调理电路和差分放大电路抵消了对水下平台的振动噪声对振速水听器的干扰，由此提高了振速水听器的测量准确度；采用信号调理电路对振动检测传感器和振速水听器的输出信号的放大倍数进行调整，使振速水听器的测量精度大幅度提高；在与振动监测传感器相连的运算放大器的信号输出端和负输入端之间通过电缆连接一个变阻器，是用户可根据实际需要随时调整该运算放大器的放大倍数，使该装置实用方便灵活。
附图说明
图1为本发明的一种用于消除振速水听器振动噪声的装置的示意图；
图2为本发明的一个实施例中的信号调理电路和差分放大电路的连接原理图。
其中，1-振速水听器、1a-弹簧、1b-支架、2-水下平台、3-振动监测传感器、4-传感器安装适配座、5-信号电缆、6-差分放大电路、7-信号调理电路。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种消除振速水听器的振动噪声的装置，下面以三维振速水听器安装在圆筒状水下平台的为典型实施例来具体叙述：
如图1所示，圆筒状的水下平台2为内部有加强肋的、近似刚性的密封舱体。振速水听器1的弹簧1a、支架1b等组装完毕后，固定安装在水下平台2的上表面，振速水听器1的信号输出端通过水密的信号电缆5将信号引入舱体内部，并与舱体内部的信号调理电路7的输入端相连；振动监测传感器3通过传感器安装适配座4紧固在水下平台2的舱体内壁上，并通过信号电缆5与信号调理电路7实现电气连接；振速水听器1输出信号经过信号调理电路7放大滤波后，输入到差分放大电路6的信号输入端；振动监测传感器3感知到的信号经过信号调理电路7一定倍数的放大后输入到差分放大器电路6的信号输入端；差分放大器电路6将两端输入的振速水听器1的信号与振动监测传感器3的信号进行减法运算后放大输出。
如图2所示，信号调理电路7和差分放大电路6的连接原理图：信号调理电路7由型号均为AD820的运算放大器U7、U8与电阻、电容等构成两通道正向放大器，其中C42、C43、C44、C45是隔直电容，电阻R32、R35是阻抗匹配电阻，电阻R30、R34是限流电阻，可变电阻R33、电阻R31是反馈电阻，
其中，运算放大器U7的正信号输入端(3号引脚)与振动检测传感器的信号输出端相连，负信号输入端(2号引脚)与信号输出端(6号引脚)之间串联可变电阻R33，负信号输入端(2号引脚)与通过电阻R 30接地，则运算放大器U7的放大倍数为A1＝1+R33/R30；
运算放大器U8的正信号输入端(3号引脚)与振速水听器1的信号输出端相连，负信号输入端(2号引脚)与信号输出端(6号引脚)之间串联电阻R31，负信号输入端(2号引脚)与接地端串联电阻R34，则运算放大器U8的放大倍数为A2＝1+R31/R34；
差分放大电路6由型号为AD620差分仪表放大器U2与增益控制电阻R10构成，其差分放大倍数为：A3＝1+49.4k/R10；
运算放大器U7的信号输出端(6号引脚)连接差分仪表放大器U2的负信号输入端(2号引脚)，运算放大器U8的信号输出端(6号引脚)连接差分仪表放大器U2的正信号输入端(3号引脚)；差分仪表放大器U2将以上两个信号求差值后放大A3倍后输出。
在运算放大器U7的正信号输入端串联电容C43，运算放大器U7的信号输出端串联电容C42；在运算放大器U8的正信号输入端串联电容C45，在运算放大器U8的信号输出端串联电容C44，用来滤除电路中的直流信号。
由于振速水听器1探测到的信号包含两部分：一部分水下声场中传播的声波信号，为有用信号；另一部分是通过自身的弹簧1a与支架1b耦合过来的水下平台2自身的振动信号，为噪声干扰信号，而这部分噪声干扰信号同样可以被振动监测传感器3所探测。因此，此时将振速水听器1的输出信号与振动监测传感器3的输出信号相减，可以抵消噪声干扰。由于振速水听器1是弹簧1a与支架1b耦合过来的水下平台2自身的振动信号，而振动检测传感器是通过刚性的传感器安装适配座4探测得到的水下平台2自身的振动信号，因此，由于材料和振动方式不同，两者探测到的水下平台2自身的振动信号的幅度就会出现偏差，为消除该偏差，就有必要将振动监测传感器3的放大倍数乘以一个增益倍数Au，使振速水听器1和振动监测传感器3检测到得同一振动信号的幅度相同，该增益倍数的确定方法如下：
在空气中将系统按照上面的步骤安装联接完毕后，用振动通用测量仪器——磁电式振动激励台给出一定频率与幅度的振动激励信号，观察水下平台2上安装的振速水听器1的输出信号与振动监测传感器3的输出信号，分别记录两种信号的幅度，计算信号幅度之比，该比值即为增益系数Au，运算放大器U8的放大倍数A2乘以增益系数Au，即得到运算放大器U7的放大倍数A1，两者关系可表示成：A1＝AugA2；
根据
Figure BDA0000126392210000052
以及两者之间的关系，即能确定可变电阻R33的阻值：
Figure BDA0000126392210000053
在不同的使用条件下，根据实际测得的增益系数Au来调整可变电阻连入电路中的阻值，即可使其在一定频段内保证两种信号的幅度相等，由此实现了对噪声的抑制与抵消。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置，其特征在于，包括振速水听器(1)、振动监测传感器(3)、传感器安装适配座(4)、信号调理电路(7)、差分放大电路(6)和信号电缆(5)：
所述振速水听器(1)固定在水下平台的外表面，用于探测含有振动噪声的水下声场的声波信号；
所述传感器安装适配座(4)紧固在水下平台的内壁上；
振动监测传感器(3)采用与振速水听器相同的三轴加速度计作为敏感元件，用于探测水下平台的振动信号；振动监测传感器(3)固定安装在传感器安装适配座(4)上，且振动监测传感器(3)中的三轴加速度计的三个轴的方向与振速水听器(1)中的三轴加速度计的所对应的三个轴的方向一致；
所述信号调理电路(7)安装在水下平台内部，其设置有两个信号输入口P1和P2、两个信号输出口O1和O2；其中信号输入口P1通过信号电缆(5)与振动监测传感器(3)的信号输出端相连，并接收振动监测传感器(3)输出的水下平台的振动信号；信号输入口P2通过穿过水下平台的信号电缆(5)与振速水听器(1)的信号输出端相连，并接收振速水听器(1)输出的含有振动噪声的水下声场的声波信号；
信号调理电路(7)将水下平台的振动信号放大A1倍后通过信号输出口O1输出；信号调理电路(7)将含有振动噪声的水下声场的声波信号放大A2倍后分别通过信号输出口O2输出；
所述A1和A2满足A1＝Aug42，其中增益倍数Au是在空气环境下，振速水听器(1)和振动监测传感器(3)对同一振动信号的幅度的测量值的比值；
所述差分放大电路(6)的两个输入口分别连接信号调理电路(7)的两个信号输出口，并对接收来的两路信号求差值后再进行放大输出。
2.如权利要求1所述的一种用于消除振速水听器振动噪声的装置，其特征在于，所述增益倍数Au的确定方法为：在空气中用磁电式振动激励台对装置施加大幅度的振动力，将得到振速水听器(1)的输出信号的幅度值除以振动监测传感器(3)的输出信号的幅度值，即得到增益倍数Au。
3.如权利要求1所述的一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置，其特征在于，所述差分放大电路(6)采用型号为AD620AN的差分仪表放大器对两路信号进行差分放大处理。
4.如权利要求1所述的一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置，其特征在于，所述传感器安装适配座(4)由刚性材料加工而成。
5.如权利要求1所述的一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置，其特征在于，所述信号调理电路(7)分别采用两个型号为AD820的运算放大器对振速水听器(1)和振动监测传感器(3)的输出信号进行放大。
6.如权利要求5所述的一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置，其特征在于，在与振动监测传感器(3)相连的运算放大器的负输入端和信号输出端之间串联的电阻为可变电阻，用于调整该运算放大器的放大倍数。
7.如权利要求5所述的一种用于消除振速水听器的振动噪声的装置，其特征在于，所述信号调理电路(7)中的运算放大器的信号输入端和信号输出端分别串接入一个电容。
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