CN104568126A - 小型化深水数据记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种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、工作深度大；能够在深水环境中长时间稳定工作，采集和记录原始水声信号；并便于组成记录仪阵列。该深水数据记录仪包括水听器组件、压力传感器组件、控制板、连接筒和电池。其中电池通过电池座直接固定在控制板上，水听器组件和压力传感器组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。所述控制板上设置有存储单元，采集到的水声信号直接存储在存储单元内，无需通过线缆传送给岸上的接收机，使得数据存储过程简捷，方便在深海中使用。同时由于集成了压力传感器，通过压力传感器采集的外部压力能够获得数据记录仪在水中实际工作的深度。

Description

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，不利于在深海中使用。

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，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；能够在深水环境中长时间稳定工作，采集和记录原始水声信号；并便于组成记录仪阵列，来记录不同深度环境下水声信号。

所述的小型化深水数据记录仪包括：水听器组件、压力传感器组件、控制板、连接筒和电池；所述连接筒两端均开口，所述水听器组件和压力传感器组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、两个端盖、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；其中一侧端盖作为水听器组件的头部，另一侧端盖与连接筒相连；所述水听器组件的外表面依次设置有绝缘层和硫化层；所述水听器组件的头部以及与其头部对应的绝缘层和硫化层为弧形。

所述压力传感器组件包括：安装筒、压力应变片、压管和螺柱；所述安装筒一端开口，另一端加工有进水孔；所述压力应变片通过压管和螺柱压紧在安装筒内部，使所述压力应变片与安装筒端部的进水孔相对；所述压管不与压力应变片中的压电薄膜接触；所述压力传感器组件通过套装在安装筒外的端盖C固定在连接筒的端部。

所述控制板位于连接筒内部，其一端与压力传感器组件相连，另一端与设置在连接筒端部的支撑座固接；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。

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)在控制板上设置有存储卡，采集到的水声信号直接存储在存储卡内，无需通过线缆传送给岸上的接收机，使得数据存储过程简捷，方便在深海中使用。

(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。

附图说明

图1为该深水数据记录仪的剖视图；

图2为压力传感器组件的剖视图；

图3为控制板的结构示意图。

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

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，适于组成阵列，采集和记录不同深度的水声信号。

该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、压力传感器组件、控制板10、连接筒5和电池16。所述连接筒5两端均开口，水听器组件和压力传感器组件分别安装在连接筒5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B12、支撑柱3和定位垫11；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11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B12，其中端盖A2位于水听器组件的头部，端盖B12位于水听器组件与连接筒5的连接端。所述支撑柱3贯穿两个压电陶瓷管1和定位垫11，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B12端部的轴肩伸入连接筒5后与连接筒5螺纹连接。

水听器组件装配完成后，在其外部依次设置绝缘层12和硫化层7，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12。绝缘层12与连接筒5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12烘干后在绝缘层12外镀橡胶形成硫化层7。为提高数据记录仪的耐压水平并有效降低数据记录仪在水中的阻力，将该数据记录仪的头部即端盖A2及该端的绝缘层12和硫化层7加工为弧形。

所述压力传感器组件的结构如图2所示，包括：安装筒9、压力应变片8、压管4和螺柱14，所述的压力应变片8采用压电陶瓷片，即将用于产生电信号的压电薄膜封装在陶瓷片中。所述安装筒9一端开口，另一端加工有进水孔。压力应变片8位于安装筒9内，并与安装筒9端部的进水孔位置对应，从而使水进入对压力应变片8施加水压。为实现对压力应变片8的压紧，同时不影响其对水压信号的感应，采用压管4+螺柱14的方式将压力应变片8安装在安装筒9内。所述压管4的一端与压力应变片8抵触，另一端与螺柱14抵触，所述螺柱14与安装筒9的内圆周面螺纹连接，所述压管4中心孔的孔径应大于压电陶瓷片中压电薄膜的直径，即保证压管4不与压电薄膜接触，不会对压电薄膜产生压力。压力应变片8与安装筒9之间通过设置在其对接面上的密封圈实现防水密封。压力传感器组件通过端盖C6安装在连接筒5的端部，具体为：所述端盖C6为两端开口的环形结构，端盖C6套装在安装筒9外，并与连接筒5之间螺纹连接，从而将压力传感器组件固定在连接筒5的端部，装配完成后的安装筒9的开口端伸入连接筒5内部，在其与连接筒5匹配的圆周面上设置密封圈实现防水密封。

所述控制板10位于连接筒5内部，其一端与螺柱14端部伸出的凸台固接，另一端与设置在连接筒5端部的支撑座固接。所述控制板10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16直接通过电池座15焊接在控制板10上，如图3所示。两个压电陶瓷管1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B12上的两个插针引出后与控制板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5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。

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。

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 (4)

1.小型化深水数据记录仪，其特征在于，包括：水听器组件、压力传感器组件、控制板(10)、连接筒(5)和电池(16)；所述连接筒(5)两端均开口，所述水听器组件和压力传感器组件分别密封连接在连接筒(5)的两端；

所述水听器组件包括：两个压电陶瓷管(1)、两个端盖、支撑柱(3)和定位垫(11)；两个压电陶瓷管(1)分别同轴放置在定位垫(11)的两端；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(3)沿轴向贯穿两个压电陶瓷管(1)和定位垫(11)，其两端分别与两个端盖固接；其中一侧端盖作为水听器组件的头部，另一侧端盖与连接筒(5)相连；所述水听器组件的外表面依次设置有绝缘层(12)和硫化层(7)；所述水听器组件的头部以及与其头部对应的绝缘层(12)和硫化层(7)为弧形；

所述压力传感器组件包括：安装筒(9)、压力应变片(8)、压管(4)和螺柱(14)；所述安装筒(9)一端开口，另一端加工有进水孔；所述压力应变片(8)通过压管(4)和螺柱(14)压紧在安装筒(9)内部，使所述压力应变片(8)与安装筒(9)端部的进水孔相对；所述压管(4)不与压力应变片(8)中的压电薄膜接触；所述压力传感器组件通过套装在安装筒(9)外的端盖C(6)固定在连接筒(5)的端部；

所述控制板(10)位于连接筒(5)内部，其一端与压力传感器组件相连，另一端与设置在连接筒(5)端部的支撑座固接；所述控制板(10)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(16)通过电池座(15)固接在控制板(10)上。

2.如权利要求1所述的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(5)之间的密封连接方式为：所述绝缘层(12)与连接筒(5)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所述的小型化深水数据记录仪，其特征在于，所述压力传感器组件与连接筒(5)之间的密封连接方式为：所述压力应变片(8)与安装筒(9)的对接面上设置有密封圈；所述安装筒(9)与连接筒(5)相连的圆周面上设置有密封圈。

4.如权利要求1所述的小型化深水数据记录仪，其特征在于，在所述连接筒(5)的外圆周面上沿其圆周方向分布有两个以上环形凸棱。