CN104568115B - 多用途小型化深水数据记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多用途小型化深水数据记录仪，属于水声通信技术领域。该数据记录仪体积小、且使用灵活，具有多种使用方式以适用不同的使用环境。包括水听器组件、压力应变片、控制板、连接筒、电池和电缆连接件。电池通过电池座固定在控制板上，水听器组件和电缆连接件分别密封连接在连接筒的两端，控制板固定安装在连接筒的内部，压力应变片集成在水听器组件所在端。当需要对采集到的数据进行实时传输时，在电缆连接件处连接水密电缆；当无需对采集到的水声信号进行实时传输时，将电缆连接件处密封，然后将采集到的数据直接存储在控制板上的存储单元中。由于设置了压力应变片，通过压力应变片采集的外部压力能够获得数据记录仪在水中实际工作的深度。

Description

多用途小型化深水数据记录仪

技术领域

发明涉及一种数据记录仪，具体涉及一种多用途小型化深水数据记录仪，属于水声通信技术领域。

背景技术

为获得深海水声信号，需对深海水声信号进行采集和记录；目前已有的水下数据记记录仪多为插缆式，采集到的水声信号需通过线缆传送给岸上的接收机进行存储或处理，使用方式单一，对使用环境的适应力弱。

同时在对平均声强的抗同向性干扰能力的研究中发现，利用由多个水下数据记录仪形成的阵列所测定的声强信噪比可以提高约10～20dB；由此可知，水下数据记录仪阵列在海试过程中具备重要作用。而传统的水下数据记录仪体积较大，且由于采用插缆式，不适于组成阵列在深海使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多用途小型化深水数据记录仪，该数据记录仪具有体积小、工作深度大、使用方便灵活、存储数据简捷等特点，具有多种使用方式以适用不同的使用环境。

所述的多用途小型化深水数据记录仪包括：水听器组件、压力应变片、控制板、连接筒、电池和电缆连接件；所述连接筒两端均开口，所述水听器组件和电缆连接件分别密封连接在连接筒的两端。

所述水听器组件包括：两个压电陶瓷管、端盖A、端盖B、支撑柱和定位垫；两个压电陶瓷管分别同轴放置在定位垫的两端；压电陶瓷管的一端通过定位垫进行轴向定位，压电陶瓷管的另一端通过端盖进行轴向定位；所述支撑柱沿轴向贯穿两个压电陶瓷管和定位垫，其两端分别与两个端盖固接；其中端盖A所在端为水听器组件的头部，端盖B与连接筒相连。

在所述端盖A的端部加工有用于放置压力应变片的凹槽，压力应变片为封装有压电薄膜的陶瓷片；所述压力应变片的端部与所述凹槽内底面不接触，同时所述凹槽中压力应变片的支撑面与压力应变片中的压电薄膜不接触。

所述水听器组件的外表面依次设置有绝缘层和硫化层；所形成的绝缘层和硫化层两端均开口，一端用于和连接筒对接，另一端用于露出压力应变片的感应端。

所述电缆连接件包括：水密接头；所述水密接头通过端盖C固定在连接筒的端部；所述水密接头的一端位于连接筒内，另一端用于和水密端盖或水密电缆上的水密电缆接头相连。

所述控制板安装在所述连接筒内，所述控制板上设置深水数据记录仪工作所需的电子元器件，包括数据处理模块、控制器以及存储卡。

所述电池通过电池座固接在控制板上。

在所述控制板与水密接头的对应端设置有用于取放存储卡的卡槽和标准的数据线接口。

所述电池为可充电电池。

有益效果：

(1)该种结构形式的数据记录仪，可以在最大深度达3000米的深水中长时间稳定的工作，实现原始水声信号的采集和记录；同时在满足深水使用的前提下，结构紧凑、体积小。

(2)该数据记录仪具有多种使用方式，使用方便灵活，能够适应不同的使用环境。

(3)在该深水数据记录仪中集成了压力传感器，通过压力传感器采集的外部压力能够获得数据记录仪实际工作的深度，从而获得数据记录仪所测得的原始水声信号对应的真实水深。同时在组成垂直记录仪阵列时，每个记录仪的工作深度可直接通过压力传感器采集到的压力数据进行区分，从而方便的记录不同深度下的原始水声信号。

(4)由于存储卡上的数据可直接通过外部数据线读取或者通过设置在深水数据记录仪尾部的卡槽直接将存储卡取出进行读取；由此在数据记录仪一次使用周期后，对其数据读取方便灵活。且其内部电池采用可充电电池，可直接通过外部数据线对其充电，无需频繁拆装内部组件更换电池。

附图说明

图1为该深水数据记录仪的剖视图；

图2为控制板的结构示意图。

其中：1-压电陶瓷管、2-端盖A、3-端盖B、4-定位垫、5-支撑柱、6-压力应变片、7-绝缘层、8-硫化层、9-连接筒、10-端盖C、11-水密接头、12-水密电缆接头、13-插针、14-控制板、15-电池、16-电池座

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明作进一步的详细描述。

本实施例提供一种多用途小型化深水数据记录仪，该数据记录仪能够在最大深度达3000米的深水中长时间稳定工作；且体积小，使用灵活。

该多用途小型化深水数据记录仪的整体结构如图1所示，包括：水听器组件、压力应变片、控制板14、连接筒9、电池15和电缆连接件。所述连接筒9两端均开口，水听器组件和电缆连接件分别安装在连接筒9的两端。

所述水听器组件包括：两个压电陶瓷管1、端盖A2、端盖B3、支撑柱5和定位垫4；所述压电陶瓷管1用于感应水声信号，并将感应到的水声信号转换为电信号。其连接关系为：所述定位垫4圆周面的两端分别加工有用于放置压电陶瓷管1的环形台阶面，以实现对两个压电陶瓷管1的定位，保证其同轴放置。压电陶瓷管1的另一端通过端盖进行轴向定位，即图1所示的端盖A2和端盖B3，其中端盖A2位于水听器组件的头部，端盖B3位于水听器组件与连接筒9的连接端。所述支撑柱5贯穿两个压电陶瓷管1和定位垫4，其两端分别通过螺钉与两个端盖固接，由此实现对两个压电陶瓷管1的支撑定位。所述端盖B3端部的轴肩伸入连接筒9后与连接筒9螺纹连接。

在将该数据记录仪布放至深水中后，为获得数据记录仪工作的实际水深，在该数据记录仪中集成有用于实时监测水压的压力传感器。具体为：在水听器组件的头部，即端盖A2的端部加工有用于放置压力应变片6的凹槽。为适应深水环境，所述压力应变片6采用封装有压电薄膜的陶瓷片。为了不影响压力应变片6对水压信号的感应，即保证将压力应变片6压紧在端盖A2上的同时，端盖A2不与压电薄膜接触，不会对压电薄膜产生压力，将压力应变片6放置所述凹槽内的台阶上，使得压力应变片6的端面与凹槽内底面之间有间隙；同时还应保证凹槽内的台阶不与压力应变片6上的压电薄膜接触，由此应使该台阶处的孔径大于压电薄膜的直径。压力应变片6粘接在端盖A2凹槽内的台阶面上。

将压力应变片6与水听器组件安装完成后，在其外部依次设置绝缘层7和硫化层8，具体为：先用环氧树脂和玻璃丝缠绕装配完成后的水听器组件，形成绝缘层7。绝缘层7与连接筒9端部轴肩的外圆周面之间采用迷宫密封的形式实现防水密封。绝缘层7烘干后在绝缘层7外镀硫化胶形成硫化层8。所形成的绝缘层7和硫化层8均为两端开口的结构，一端用于和连接筒9对接，另一端用于露出压力应变片6的感应端，使其能够感应水压。同时，所形成的硫化层8将压力应变片6固定在端盖A2上。

所述电缆连接件为水密接头11，水密接头11用于和水密电缆上的水密电缆接头12或水密端盖配合。水密接头11一端伸入连接筒9内部，并在其与连接筒9配合的圆周面上设置密封圈实现密封；另一端用于和水密电缆接头12或水密端盖相连。水密接头11通过端盖C10安装在连接筒9的端部。所述端盖C10的一端开口，套装在连接筒9的端部，并与连接筒9螺纹连接；另一端通过过孔与水密接头11圆周面上的轴肩配合。

所述控制板14通过位于其两端的支持座固定在连接筒9内部。所述控制板14上设置深水数据记录仪工作所需的电子元器件，包括数据处理模块、控制器以及存储卡。为使整个装置结构紧凑，所述电池15直接通过电池座16焊接在控制板14上，如图2所示。水听器组件中两个压电陶瓷管分别引出正极引线和负极引线，正极引线和负极引线分别通过安装在端盖B3上的两个插针引出后与控制板14上对应的电子元器件相连；同时压力应变片6的电源线、接地线以及信号线也分别通过安装在端盖B3上的插针引出后与控制板14上对应的电子元器件相连。

为方便该深水数据记录仪的布放，在所述连接筒9的外圆周面上沿其圆周方向分布有多个环形凸棱，所述的环形凸棱还能起到加强筋的作用，进一步提高数据记录仪的耐压能力。

该深水数据记录仪使用灵活，当需要对采集到的水声信号进行实时传输时，只需将连接有水密电缆的水密电缆接头12与水密接头11相连，然后将该深水数据记录仪布放至水下设定深度后，水听器组件感应当前环境下的水声信号，并转换为电信号发送给控制板，所述控制板对接收到的电信号进行放大滤波处理后通过水密电缆实时传送给接收机；同时压力应变片将采集到的外部压力数据发送给控制板进行放大后通过水密电缆实时传送给接收机。

当其使用环境不便于采用线缆进行数据实时传输或不需要进行数据实时传输时，只需在水密接头11端部安装水密端盖，使其密封即可。在该种使用方式下，水听器组件感应当前环境下的水声信号，并转换为电信号发送给控制板，所述控制板对接收到的电信号进行放大滤波处理后存储在其内部的存储卡上。同时压力传感器将采集到的外部压力数据发送给控制板进行放大并存储。在数据记录仪一次使用周期后，需读取存储卡中的水声数据和压力数据。为使数据读取方便，在控制板与水密接头11对应的位置设置有用于取放存储卡的卡槽以及标准的数据线接口，由此存储卡上的数据可直接通过外部数据线读取或者通过设置在深水数据记录仪尾部的卡槽直接将存储卡取出进行读取。

同时放置在控制板上的电池15采用可充电式电池，可直接通过外部数据线对其充电，无需频繁拆装内部组件更换电池。

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 (6)

1.多用途小型化深水数据记录仪，其特征在于，包括：水听器组件、压力应变片、控制板(14)、连接筒(9)、电池(15)和电缆连接件；所述连接筒(9)两端均开口，所述水听器组件和电缆连接件分别密封连接在连接筒(9)的两端；

所述水听器组件包括：两个压电陶瓷管(1)、端盖A(2)、端盖B(3)、支撑柱(5)和定位垫(4)；两个压电陶瓷管(1)分别同轴放置在定位垫(4)的两端；压电陶瓷管(1)的一端通过定位垫(4)进行轴向定位，压电陶瓷管(1)的另一端通过端盖进行轴向定位；所述支撑柱(5)沿轴向贯穿两个压电陶瓷管(1)和定位垫(4)，其两端分别与两个端盖固接；其中端盖A(2)所在端为水听器组件的头部，端盖B(3)与连接筒(9)相连；

在所述端盖A(2)的端部加工有用于放置压力应变片(6)的凹槽，压力应变片(6)为封装有压电薄膜的陶瓷片；所述压力应变片(6)的端部与所述凹槽内底面不接触，同时所述凹槽中压力应变片(6)的支撑面与压力应变片(6)中的压电薄膜不接触；

所述水听器组件的外表面依次设置有绝缘层(7)和硫化层(8)；所形成的绝缘层(7)和硫化层(8)两端均开口，一端用于和连接筒(9)对接，另一端用于露出压力应变片(6)的感应端；

所述电缆连接件包括：水密接头(11)；所述水密接头(11)通过端盖C(10)固定在连接筒(9)的端部；所述水密接头(11)的一端位于连接筒内，另一端用于和水密端盖或水密电缆上的水密电缆接头(12)相连；

所述控制板(14)安装在所述连接筒(9)内，所述控制板(14)上设置深水数据记录仪工作所需的电子元器件，包括数据处理模块、控制器以及存储卡；

所述电池(15)通过电池座(16)固接在控制板(14)上。

2.如权利要求1所述的多用途小型化深水数据记录仪，其特征在于，所述水听器组件与连接筒(9)之间的密封连接方式为：所述绝缘层(7)与连接筒(9)端部轴肩的外圆周面之间采用迷宫密封的形式实现防水密封。

3.如权利要求1所述的多用途小型化深水数据记录仪，其特征在于，所述电缆连接件与连接筒(9)之间的密封连接方式为：所述水密接头(11)与连接筒(9)相连的圆周面上设置有密封圈。

4.如权利要求1所述的多用途小型化深水数据记录仪，其特征在于，在所述控制板与水密接头(11)的对应端设置有用于取放存储卡的卡槽和标准的数据线接口。

5.如权利要求3所述的多用途小型化深水数据记录仪，其特征在于，所述电池(15)为可充电电池。

6.如权利要求1所述的多用途小型化深水数据记录仪，其特征在于，在所述连接筒(9)的外圆周面上沿其圆周方向分布有两个以上环形凸棱。