CN104848900B - 阵列式海洋声信号测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列式海洋声信号测量系统，多台单通道海洋声信号测量仪的NTD相间固定排列在塑包钢缆上，塑包钢缆两端与海水导通，塑包钢缆上端的浮体和下端的铅鱼使塑包钢缆在海水中呈竖直状态，NTD内设置水听器和温盐传感器，塑包钢缆上的上位机磁环、NTD的节点磁环、塑包钢缆和海水构成耦合回路。NTD获取的水声信号和温度深度信息由耦合回路传输到浮体内仪器舱，再通过浮体上面设置的北斗一体机发送到地面接收站。本发明涉及的阵列式海洋声信号测量系统可根据需要同步获取水下不同深度的海洋声信号，为海洋声学环境研究提供更准确的基础数据，具有广阔的应用前景。

Description

阵列式海洋声信号测量系统

技术领域

本发明涉及海洋监测装置，具体涉及一种海洋声信号测量系统。

背景技术

长期以来，海洋声学环境基础数据缺乏以及海洋声学观测手段薄弱的问题一直未得到有效地解决。近年来，随着我国海洋科学技术的发展，对海洋声学环境信息也提出了迫切的要求。目前，对海洋环境声信号的观测主要使用多元一体水听器阵，测量时根据需要同步获取水下不同深度的海洋声信号。

现有多元一体水听器阵主要是电缆阵和固体胶阵，在其使用过程中都存在明显的不足：水听器阵阵体的水听器位置按照预先设计固定，成阵后水听器位置不易改动，当测量需要变动水听器位置时必须重新制作阵体，阵体材料不能循环利用，造成资源浪费。而且，一旦某路水听器短路或断路，整条阵体将无法正常工作，从而导致测量数据不完整。

发明内容

针对现有多元一体水听器阵测量方式存在的问题，本发明推出阵列式海洋声信号测量系统，采用多台NTD(单通道海洋声信号测量仪)，应用感应耦合技术实现多台NTD的同步测量，达到在水下不同深度位置同时获取海洋声信号，并将测量结果及时传回地面站。

本发明涉及的阵列式海洋声信号测量系统，包括多台NTD(单通道海洋声信号测量仪)、仪器舱、上位机磁环、塑包钢缆、北斗一体机、浮体、铅鱼。浮体连接塑包钢缆的上端，铅鱼连接塑包钢缆的下端，浮体和铅鱼使塑包钢缆在海水中呈竖直状态，仪器舱固定在浮体下部的小浮体内，北斗一体机固定在浮体上面设置的天线支架上，北斗一体机下端与仪器舱连接，仪器舱下端通过信号传输电缆与上位机磁环连接，上位机磁环与NTD分别固定在塑包钢缆上，多台NTD在塑包钢缆上相间竖直排列，塑包钢缆两端分别有与海水导通的小段裸露钢缆。

所述单通道海洋声信号测量仪的NTD包括耐压水密壳体、水听器、温盐传感器、测量电路、节点磁环和固定件。耐压水密壳体呈圆柱状，水听器和温盐传感器安装在耐压水密壳体下端，通过水密插头与壳体内的测量电路连接。节点磁环设置在耐压水密壳体上端，由两个半圆形磁环通过螺栓对接而成。节点磁环的一个半圆形磁环上绕有线圈，线圈两端与测量电路连接。塑包钢缆从节点磁环和固定件中穿过。

所述仪器舱呈圆柱状，为不锈钢加工制作的水密舱体，内部设置控制装置，控制装置包括信号发射电路和信号转换电路，信号转换电路分别与北斗一体机和上位机磁环连接。

所述上位机磁环为两个半圆形磁环，两个半圆形磁环分别绕有初级线圈和次级线圈，初级线圈的两端与系统仪器舱内信号转换电路连接，两个半圆形磁环通过螺栓对接，塑包钢缆从上位机磁环中穿过。

北斗一体机负责地面站与系统之间的指令交互，地面站通过北斗一体机对系统的工作程式进行遥控，系统通过北斗一体机将自身的地理位置、工作状态及测量结果汇报给地面站。

浮体采用发泡橡胶材料制成，为系统提供足够的浮力，且具有良好的稳定性。

铅鱼作为重块悬挂在塑包钢缆下端，提高了系统的稳定性，能抑制系统因波浪影响的上下起伏和摇摆。

本发明涉及的阵列式海洋声信号测量系统应用时上位机磁环和多台NTD均由固定件固定在塑包钢缆上，塑包钢缆两端与海水导通。上位机磁环、NTD节点磁环、塑包钢缆和海水构成耦合回路。仪器舱内的信号发射电路通过耦合回路发送脉冲控制多台NTD同步测量。NTD在获取水声信号的同时采集温度和深度信息，温度和深度信息在海洋声学环境研究中可起到辅助作用。各传感器接收到信号后，在NTD内部处理，测量结果由耦合回路传输到系统仪器舱通过北斗一体机发送到地面接收站。

本发明涉及的阵列式海洋声信号测量系统，基于多台NTD(海洋声信号测量仪)，NTD与塑包钢缆之间无需水密连接，安装位置和数量可根据需要进行调整，多台NTD之间无电气连接，工作时互不干扰，单台NTD故障不影响整个系统的工作。本发明涉及的阵列式海洋声信号测量系统可根据需要同步获取水下不同深度的海洋声信号，为海洋声学环境研究提供更准确的基础数据，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为阵列式海洋声信号测量系统结构示意图；

图2为图1中NTD结构示意图。

图中标记说明：

1.北斗一体机 2.浮体

3.仪器舱 4.信号传输电缆

5.上位机磁环 6.NTD

7.铅鱼 8.塑包钢缆

9.节点磁环 10.耐压水密壳体

11.测量电路 12.固定件

13.水听器 14.温深传感器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。

图1和图2分别显示本发明的阵列式海洋声信号测量系统和NTD的结构示意图。

如图所示，阵列式海洋声信号测量系统由北斗一体机1、浮体2、仪器舱3、信号传输电缆4、上位机磁环5、NTD6、铅鱼7、塑包钢缆8构成。

浮体2连接塑包钢缆8的上端，铅鱼7连接塑包钢缆8的下端，浮体2和铅鱼7使塑包钢缆8在海水中呈竖直状态，仪器舱3固定在浮体2下部的小浮体内，北斗一体机1固定在浮体2上面设置的天线支架上，北斗一体机1下端与仪器舱3连接，仪器舱3下端通过信号传输电缆4与上位机磁环5连接，上位机磁环5与NTD6分别固定在塑包钢缆8上，多台NTD6在塑包钢缆8上相间竖直排列。

仪器舱3呈圆柱状，为不锈钢加工制作的水密舱体。仪器舱3包括底架、底端盖和舱体，控制装置设置在底端盖上。控制装置包括信号发射电路和信号转换电路，信号转换电路分别与北斗一体机和上位机磁环连接。安装前检查仪器舱3密封接口是否清洁、光滑、无损伤。组装时将舱体竖立于平坦干净地面，将底端盖插入舱体，对准螺钉孔用力压紧底端盖后，拧紧螺钉。调整舱体方向，底端盖向下对准舱体和底座相应标记，拧紧螺钉。

NTD6包括节点磁环9、耐压水密壳体10、测量电路11、固定件12、水听器13和温深传感器14。测量电路11置于圆柱状的耐压水密壳体10内。节点磁环9安装在耐压水密壳体10的一端，节点磁环9采用分半的结构，初级线圈绕在一半磁环上，嵌入耐压水密壳体10内密封，线圈的两端与测量电路11连接，水听器13和温深传感器14安装在耐压水密壳体10的另一端。固定件12用螺栓固定在耐压水密壳体10的侧壁上。塑包钢缆8从节点磁环9和固定件12中穿过，可使NTD6固定在塑包钢缆8上。

上位机磁环5采用分半结构，初级线圈绕在一半磁环上，线圈的两端与信号传输电缆4连接，次级线圈绕在另一半磁环上，两个半圆形磁环通过螺栓对接，塑包钢缆8从上位机磁环5中穿过，在要求的位置固定好。

北斗一体机1先放入保护套托盘内，拧紧保护套螺钉。北斗一体机1与支架内部伸出的通讯缆插牢拧紧，将保护套托盘与通讯支架利用顶丝锁紧，接着将支架固定在仪器舱3端盖中心，拧紧螺钉固定。

浮体2先嵌入仪器舱外侧，安装金属限位架，在舱体与限位架之间嵌入尼龙阻滑套，拧紧顶丝。

铅鱼作为重块悬挂塑包钢缆下端，目的是让系统在水中尽量呈垂直状态，铅鱼通过卸扣连接到塑包钢缆下端的受力器。

应用时北斗一体机1接收到地面站发送的测量开始指令，仪器舱3中控制装置发出同步脉冲信号，经过上位机磁环5、节点磁环9、塑包钢缆8和海水构成的耦合回路传输到NTD6。NTD6的测量电路11对同步脉冲信号进行滤波运算处理，辨别是否为符合格式的指令，将正确的指令送入比较器，输出同步测量信号，唤醒电源管理系统，将同步测量信号送至采集电路部分，NTD6开始工作。NTD6对水听器13和温深传感器14输出的电压模拟量进行采集和处理，形成数字信号并将其存入SD卡中。测量停止后，数据或指令送入调制电路，然后将调制信号送入放大驱动电路进行功率放大后，通过耦合回路传输至系统信号转换电路。系统将必要的测量结果和指令通过北斗一体机1发送给地面站。

Claims (3)

1.一种阵列式海洋声信号测量系统，其特征在于，包括多台NTD、仪器舱、上位机磁环、塑包钢缆、北斗一体机、浮体、铅鱼，浮体连接塑包钢缆的上端，铅鱼连接塑包钢缆的下端，浮体和铅鱼使塑包钢缆在海水中呈竖直状态，仪器舱固定在浮体下部的小浮体内，北斗一体机固定在浮体上面设置的天线支架上，北斗一体机下端与仪器舱连接，仪器舱下端通过信号传输电缆与上位机磁环连接，上位机磁环与NTD分别固定在塑包钢缆上，多台NTD在塑包钢缆上相间竖直排列，塑包钢缆两端分别有与海水导通的小段裸露钢缆；所述的NTD包括耐压水密壳体、水听器、温盐传感器、测量电路、节点磁环和固定件，耐压水密壳体呈圆柱状，水听器和温盐传感器安装在耐压水密壳体下端，通过水密插头与壳体内的测量电路连接；NTD的节点磁环设置在耐压水密壳体上端，由两个半圆形磁环通过螺栓对接而成；节点磁环的一个半圆形磁环上绕有线圈，线圈两端与测量电路连接。

2.根据权利要求1所述的阵列式海洋声信号测量系统，其特征在于，所述仪器舱呈圆柱状，为不锈钢加工制作的水密舱体，包括底架、底端盖和舱体，控制装置设置在底端盖上，控制装置包括信号发射电路和信号转换电路，信号转换电路分别与北斗一体机和上位机磁环连接。

3.根据权利要求1所述的阵列式海洋声信号测量系统，其特征在于，其特征在于，所述上位机磁环为两个半圆形磁环，两个半圆形磁环分别绕有初级线圈和次级线圈，初级线圈的两端与系统仪器舱内信号转换电路连接，两个半圆形磁环通过螺栓对接，塑包钢缆从上位机磁环中穿过。