CN104880710A - 一种改进型的测量声学目标强度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及改进型的测量声学目标强度的装置，包括水槽、设有角度调整结构的支架、换能器及若干设于支架下方的水听器，角度调整结构包括电机、传动齿轮、固定有倾角指针的支柱、方位角计数盘、倾角调节杆和设有倾角计数盘的水平杆，电机分别连接传动齿轮、支柱，方位角指针连接具有竖直齿条的支柱，竖直齿条连接传动齿轮，倾角调节杆一端活动连接竖直齿条，倾角调节杆另一端活动连接水平杆一端，倾角指针位于支柱上，水平杆上对称设置连接线，换能器、测试目标与水听器均处于同一水平面，水听器设于测试目标周围。该装置既能测量测试目标在不同倾斜角的声学目标强度，又能测量不同方位角和不同声波入射角的目标强度，符合水下目标探测的实际需求。

Description

一种改进型的测量声学目标强度的装置

技术领域

本发明涉及鱼类声学目标强度测量领域，尤其涉及一种改进型的测量声学目标强度的装置。

背景技术

随着海洋资源在国民经济发展中的作用日益凸显，我国对海洋资源开发力度也随之加深。作为海洋资源中的重要组成部分，渔业资源的评估和监控尤为重要。鱼类的声学目标强度便是进行渔业资源评估和监控的重要参数。

鱼类的声学目标强度是指，当声波对鱼类进行辐射时，在距离鱼类声学中心点处向外一米处，反射声波强度与入射声波强度的比值。通常情况下，鱼类的声学目标强度用分贝进行描述，即将比值进行对数运算处理后再放大十倍。利用鱼类的声学目标强度可以对鱼群的密度、数量等信息进行推测。

中国发明专利申请CN200910249057.4公开了一种鱼类声学目标强度测量装置，有水槽，在水槽的内侧设有圆弧导轨，与圆弧导轨相配有滑车，在滑车上装有倾角仪和换能器，在水槽的上方水平设置有刻度盘，在刻度度盘的中心孔处装有下端连接水平转动杆的转轴，水平转动杆的下方接连接件，换能器的发射面指向圆弧导轨的圆心处。测量时，将测试鱼悬挂在水平旋转杆的下方，使测试鱼位于圆弧导轨的圆心处。通过调整滑车上换能器的位置，改变入射声波的角度，从而测量鱼体在不同的入射方向下的声学目标强度值。然而，中国发明专利申请CN200910249057.4公开的装置不能对鱼体处于不同倾斜角度下的声学目标强度值进行测量。另外，鱼体处于不同方位角下的声学目标强度也是声学目标强度测量的重要方面，而CN200910249057.4的装置未能解决此问题，不能满足实际测量的需要。

为了满足测量鱼类在不同倾斜角度下测量的需要，中国实用新型专利CN201420017982.0公开了一种测量鱼类声学目标强度的实验装置，包括换能器、支柱、固定板、连接线、悬垂物和导向部件，支柱设于固定板上，连接线绕过导向部件，支柱上设有能够摆动的横梁，横梁上设有刻度尺和角度盘，横梁的一侧设有调节螺母，刻度尺上设置有游码，换能器位于水槽内且设于横梁的正下方，连接线的一端与横梁直接或者间接连接，连接线的另一端与悬垂物连接。通过调整螺母，使得鱼体在连接线的拉动下倾斜一定角度，引起横梁的倾斜，进而根据角度盘上的指针指示读出该此时的倾斜度数，完成对不同倾斜角度下鱼体的声学目标强度值进行测量。

但是，中国实用新型专利CN201420017982.0仍然存在一些问题：CN201420017982.0中的实验装置虽然能对测试鱼体处于不同倾斜角度下的情况进行测量，但当测试鱼的鱼体沿着垂直方向做轴向转动，即鱼体产生方位角的转动变化时，CN201420017982.0中的实验装置不能对此种情况的鱼体声学目标强度进行测量。显然，CN201420017982.0公开的鱼类声学目标强度实验装置仍旧不能同时满足既测量水平倾斜角度下的声学目标强度，又测量不同方位角度下声学目标强度的双重测量需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种既能够测量待测目标处于不同水平倾斜角度下的声学目标强度，又能够测量待测目标旋转一定方位角度后的声学目标强度，实现对待测目标各种状态角度下的声学目标强度全覆盖测量的改进型的测量声学目标强度的装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，包括水槽、支架、向测试目标发射声波的换能器以及若干设置于支架下方的水听器，所述支架上设置有调整测试目标角度的角度调整结构，所述角度调整结构包括电机、传动齿轮、固定有倾角指针的支柱、设有方位角指针的方位角计数盘、倾角调节杆和水平杆，所述电机分别与传动齿轮、支柱连接，所述方位角指针连接支柱，所述支柱具有竖直齿条，所述竖直齿条与传动齿轮连接，所述倾角调节杆的一端与竖直齿条活动连接，所述倾角调节杆的另一端与水平杆的一端进行活动连接，所述水平杆上设置有倾角计数盘，且所述倾角指针位于所述支柱上，所述水平杆上对称的设置有连接测试目标的连接线，所述换能器、测试目标与水听器均处于同一水平面上，且所述水听器设置于距离测试目标一定距离的周围处。

进一步地，所述测量声学目标强度的装置还包括放置测试目标用的容置装置，所述容置装置与所述连接线分别连接，且所述容置装置与换能器、水听器均处于同一水平面内。

进一步地，所述连接线的下端连接有配重物，所述配重物位于所述连接线与容置装置连接处的下方。

进一步地，所述支架包括第一支架和第二支架，所述角度调整结构设置于第一支架，所述水听器位于第二支架的下方且与第二支架连接。

进一步改进，所述水听器分别设置于距离容置装置一定距离的周围处。

进一步地，所述测量声学目标强度的装置还包括对测试目标的状态进行实时监测记录的摄像机。

进一步改进，所述水槽的内壁上铺设有消声材料。

优选地，所述连接线为尼龙丝，所述容置装置为网状结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：当待测目标初始状态处于水平平衡后，控制电机转动，由转动的电机带动与竖直齿条连接的传动齿条运动，然后竖直齿条在支柱上做上、下移动，倾角调节杆随着竖直齿条上移或下移，使得待测目标产生一定的水平倾斜角度，该倾斜角度由倾角指针在倾角计数盘上读出，再分别结合换能器发射的声波强度、水听器接收的声波强度，计算获得待测目标在不同倾斜角度下的声学目标强度；控制电机的转动，使传动齿轮带动支柱产生一定方位角度的转动，转动的支柱带动水平杆上的连接线转动，从而使得待测目标也产生同样方位角度的转动，并由方位角指针读出转动的方位角度数，最后根据换能器发射的声波强度、各水听器接收的声波强度，计算获得待测目标在不同方位角度下的声学目标强度，从而使得该装置既能够测量待测目标处于不同水平倾斜角度下的声学目标强度，又能够测量待测目标旋转一定方位角度后的声学目标强度，实现了对待测目标各种状态角度下声学各向散射及目标强度测量的全覆盖。

附图说明

图1为本发明实施例中改进型的测量声学目标强度的装置结构示意图；

图2为图1所示装置的俯视图；

图3为图1所示装置中角度调整结构的示意图；

图4为本发明实施例中倾角指针指示度数与测试鱼体倾斜角度之间关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图3所示，本实施例中改进型的测量声学目标强度的装置，包括水槽1、支架、向测试目标3发射声波的换能器4以及若干设置于支架下方的水听器5，本实施例中选择使用鱼作为测试目标，支架上设置有调整测试目标3角度的角度调整结构，角度调整结构包括电机60、传动齿轮61、固定有倾角指针62的支柱63、设有方位角指针641的方位角计数盘64、倾角调节杆65和水平杆66，电机60分别与传动齿轮61、支柱63连接，方位角指针641连接支柱63，支柱63具有竖直齿条67，竖直齿条67与传动齿轮61连接，倾角调节杆65的一端与竖直齿条67活动连接，倾角调节杆65的另一端与水平杆66的一端进行活动连接，水平杆66上设置有倾角计数盘68，倾角指针62位于支柱63上，水平杆66上对称的设置有连接测试目标3的连接线69，换能器4、测试目标3与水听器5均处于同一水平面上，且水听器5设置于距离测试目标3一定距离的周围处。其中，

水听器5，用来对换能器4发射出来的、且经测试目标3散射后的声波信号进行接收；

角度调整结构，用来对测试目标的水平倾角、方位角进行调整；

倾角指针62则指示倾角计数盘68上的刻度，以指示测试目标3在水平方向产生的倾斜角度；

方位角指针641在支柱63的转动带动下，产生一定的方位角度，从而利用方位角指针641指示出测试目标3的转动后的方位角。

为了便于利用角度调整结构对测试目标3的水平倾斜角度、方位角度进行调整，支架包括第一支架21和第二支架22，角度调整结构设置于第一支架21，水听器5位于第二支架22的下方且与第二支架22连接。这样，角度调整结构调整测试目标3进行方位角的转动时，第一支架21与第二支架22之间不会产生妨碍，有利于测量工作的顺利开展。

针对以往试验过程中，测试鱼体容易被连接线69拉伸致断的问题，作为改进，本实施例中的试验装置还包括放置测试目标3用的容置装置7，容置装置7与连接线69分别连接，且容置装置7与换能器4、水听器5均处于同一水平面内，以实现声波经过换能器4发射，并经测试目标3反射后，被水听器5直接接收，从而避免声波强度因声波传送方向偏差而带来的削弱影响。

为了既能对测试目标3进行水平放置，又能减少容置装置7对换能器4发射声波强度的削弱，作为优选，容置装置7为网状结构。例如，容置装置7使用渔网制成，既不会削弱发射的声波强度，同时轻质的网状结构也有利于连接线69带动容置装置7产生水平方向的倾角移动或者方位角方向的移动。

为了倾角调节杆65在上下移动并带动水平杆66转动时，减少连接线69对水平杆66转动的阻力作用，需要连接线69具有较小的阻尼系数。作为优选，连接线69选择使用尼龙丝。

为了方便地调整测试目标3在初始状态时的平衡，作为改进，连接线69的下端连接有配重物691，配重物691位于连接线69与容置装置7连接处的下方。利用各配重物691对连接线69向下的拉力，使得水平杆66在连接线69的作用下达到初始状态时的平衡。

针对将测试目标3，即本实施例中的鱼，水平放置在容置装置7中的情况，保证能够接收到经测试目标3反射回来的各方位角方向的声波，作为改进，水听器5设置于距离容置装置7一定距离的周围处。这样，当测试目标3在角度调整结构作用下，模拟实际环境中的各种方位角度时，位于容置装置7周围的水听器5从多个角度接收散射的声波声压，从而计算得到多个方位角度的声波强度。

为了进一步地观察测试目标3转动时的状态情况，该测量声学目标强度的装置还包括对测试目标3的状态进行实时监测记录的摄像机8。

为了减少各种噪声对声波强度测试工作带来的影响，提高测量数据的准确性，进一步改进，在水槽1的内壁上铺设有消声材料。

如图4所示，下面针对倾角指针62指示的角度α与测试鱼鱼体的倾斜角度θ之间的关系做出说明：

水平杆66在摆动过程中会与水平线之间形成一个夹角γ，倾角指针62与倾角计数盘68上零度刻线之间形成一个夹角α，而测试鱼鱼体倾斜后与水平线之间形成的角度为θ。因为α+β＝90°，γ+β＝90°，可知，α＝γ。由平行线的性质可知，γ＝θ。所以，α＝θ。即倾角指针62指示的角度α等于测试鱼鱼体的倾斜角度θ。

以下结合图1～图4，并以鱼为测试目标，对利用本发明实施例中改进型的测量声学目标强度的装置的测量步骤进行说明：

(1)将鱼体平躺放置在容置装置7内，并调整角度调整结构，使得倾角指针62指示倾角计数盘68的中间位置或者在倾角计数盘68的中间位置做等幅摆动时，表面鱼体在水平面内当前处于平衡状态；

(2)启动电机60、换能器4和各水听器5，控制电机60的转动，促使传动齿轮61转动，并由传动齿轮61带动竖直齿条67在支柱63上作上、下移动；

(3)在竖直齿条67的上、下移动带动下，倾角调节杆65也随着上移或下降；移动的倾角调节杆65致使水平杆66的一端产生倾斜，与水平杆66相连的倾角计数盘68发生倾斜，此时倾角计数盘68与支柱63上的倾角指针62发生相对角度变化，此时倾角指针62在倾角计数盘68的指示位置即为此状态下的倾斜角度数；

(4)水平杆66产生倾斜后，水平杆66上的连接线69拉动容置装置7产生倾斜，则鱼体也产生倾斜，此时鱼体产生的倾斜角度与倾角指针62在倾角计数盘68指示角度数相等；

(5)根据换能器4发射的声波强度、水听器5接收的声波强度以及倾角指针62指示的角度数，得出鱼体在此倾斜角度下的声学目标强度，

(6)控制电机60转动速度，并重复执行步骤(2)至步骤(5)的过程，使鱼体产生各种倾斜角度，并计算得到鱼体对应不同倾斜角度下的声学目标强度；

(7)调整电机60的转动，使得传动齿轮61产生不同方位角度方向的转动，并由传动齿轮61带动支柱63作同样方位角度的转动；

(8)转动的支柱63随之带动方位角指针641和水平杆66产生摆动，水平杆66的连接线69带动容置装置7内的鱼体产生方位角转动；

(9)利用方位角指针641在方位角计数盘64指示出的方位角度数、换能器4的发射声波强度以及各方向的水听器5接收到的声波强度，计算获得鱼体在不同方位角度下对应的声学目标强度。

通过执行步骤(1)至步骤(9)的操作过程，使得该装置既能够测量待测目标处于不同水平倾斜角度下的声学目标强度，又能够测量待测目标在空间不同方位角度和不同声波入射角度时的声学目标强度，实现了对待测目标各种状态角度下声学目标强度测量的全覆盖，更加符合水下目标探测的实际需求。

Claims (8)

1.一种改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，包括水槽、支架、向测试目标发射声波的换能器以及若干设置于支架下方的水听器，所述支架上设置有调整测试目标角度的角度调整结构，所述角度调整结构包括电机、传动齿轮、固定有倾角指针的支柱、设有方位角指针的方位角计数盘、倾角调节杆和水平杆，所述电机分别与传动齿轮、支柱连接，所述方位角指针连接支柱，所述支柱具有竖直齿条，所述竖直齿条与传动齿轮连接，所述倾角调节杆的一端与竖直齿条活动连接，所述倾角调节杆的另一端与水平杆的一端进行活动连接，所述水平杆上设置有倾角计数盘，且所述倾角指针位于所述支柱上，所述水平杆上对称的设置有连接测试目标的连接线，所述换能器、测试目标与水听器均处于同一水平面上，且所述水听器设置于距离测试目标一定距离的周围处。

2.根据权利要求1所述的改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，还包括放置测试目标用的容置装置，所述容置装置与所述连接线分别连接，且所述容置装置与换能器、水听器均处于同一水平面内。

3.根据权利要求2所述的改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，所述连接线的下端连接有配重物，所述配重物位于所述连接线与容置装置连接处的下方。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，所述支架包括第一支架和第二支架，所述角度调整结构设置于第一支架，所述水听器位于第二支架的下方且与第二支架连接。

5.根据权利要求4所述的改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，所述水听器分别设置于距离容置装置一定距离的周围处。

6.根据权利要求4所述的改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，还包括对测试目标的状态进行实时监测记录的摄像机。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，所述水槽的内壁上铺设有消声材料。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的改进型的测量声学目标强度的装置，其特征在于，所述连接线为尼龙丝，所述容置装置为网状结构。