CN105841798B - 用于声波检测的高灵敏度水听器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于声波检测的高灵敏度水听器，包括：声电换能模块，响应所接收到的声信号并将其转换为电信号后予以输出，该响应包括声电换能模块工作在其固有反谐振频率所在的频段/相邻频段；第一输出匹配模块，连接于声电换能模块，用于接入电源模块所提供的工作电源，并对电信号进行降压处理和降降阻抗处理后予以输出；直流电源模块，为第一输出匹配模块提供一工作电源；通过该水听器在谐振状态工作，可实现特定频段声波信号的高灵敏度检测，克服了现有非谐振型水听器灵敏度低的缺点，以及弥补了现有换能元件周围设置共振腔结构水听器只能检测低频段的声波信号的不足；同时还具有体积小型化、利于操作和携带的特点。

Description

用于声波检测的高灵敏度水听器

技术领域

本发明涉及水听器技术领域，特别是涉及一种用于声波检测的高灵敏度水听器。

背景技术

在水声领域，水听器一种十分非常重要而常用的检测设备。现有的水听器主要是用于检测声场，其一般由压电换能元件、阻抗匹配器及阻尼电阻组成。例如，在已公开的专利CN203464995U中，公开了一种压电水听器：包括护套、输出阻抗匹配器、防水插头以及设置在护套内部的换能模块；换能模块包括压电陶瓷换能元件、第一铜基片以及第二铜基片；第一铜基片、压电陶瓷换能元件以及第二铜基片依次叠加在一起；第一铜基片与第二铜基片之间设置有硅橡胶；压电陶瓷换能元件通过输出阻抗匹配器与防水插头相连。该压电水听器通过在换能元件周围设置共振腔来提高压电水听器的灵敏度。这种结构虽然提高了检测的灵敏度，不过其仅适用于低频段声波的检测；且其采用的换能元件周围设置共振腔结构，产品体积和质量较为笨重，在实际使用操作中并不是十分的方便。

为此，如何能够让水听器能够实现对于声波的高灵敏度检测，以及如何提供高灵敏度水听器是目前本领域技术人员所需要解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于声波检测的高灵敏度水听器，用于解决现有水听器无法实现声波高灵敏度检测以及产品过于笨重的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于声波检测的高灵敏度水听器，包括：声电换能模块，响应所接收到的声信号并将其转换为电信号后予以输出，其中，所述响应包括所述声电换能模块工作在其固有反谐振频率所在的频段/相邻频段；第一输出匹配模块，连接于所述声电换能模块，用于接入电源模块所提供的工作电源，并对所述电信号进行降压处理和降降阻抗处理后予以输出；直流电源模块，电连接于所述第一输出匹配模块，用于为所述第一输出匹配模块提供一工作电源。

优选地，所述第一输出匹配模块为一降压射频跟随器电路单元。

优选地，所述第一输出匹配模块包括：降压电路单元，用于对所述电信号进行降压处理后予以输出；降阻抗电路单元，电连接于所述降压电路单元，用于对经所述降压电路单元降压处理后输出的电信号进行降阻抗处理后予以输出。

优选地，所述声电换能模块包括声电换能片。

优选地，所述声电换能模块的固有反谐振频率包括0.1MHz-50MHz。

此外，本发明还提供了一种声波检测的高灵敏度水听器，包括：声电换能模块，用于响应所接收到的声信号并将其转换为电信号后予以输出，其中，所述响应包括所述声电换能模块工作在其固有反谐振频率所在的频段/相邻频段；开关切换模块，连接于声电换能模块，通过切换来将所述电信号接入至所述第一输出匹配模块或第二输出匹配模；第一输出匹配模块，电连接于所述开关切换模块，用于在通过所述切换来接入所述电信号时依据接入电源模块所提供的工作电源来对所述电信号进行降压处理和降降阻抗处理后予以输出；第二输出匹配模块，电连接于所述开关切换模块，用于通过所述切换来接入所述电信号时依据接入电源模块所提供的工作电源来对所述电信号进行信号放大处理处理后予以输出；直流电源模块，分别电连接于所述第一输出匹配模块和第二输出匹配模块，用于为所述第一输出匹配模块提供一工作电源。

优选地，所述第一输出匹配模块为一降压射频跟随器电路单元。

优选地，所述第一输出匹配模块包括：降压电路单元，用于对所述电信号进行降压处理后予以输出；降阻抗电路单元，电连接于所述降压电路单元，用于对经所述降压电路单元降压处理后输出的电信号进行降阻抗处理后予以输出。

优选地，所述声电换能模块包括声电换能片。

优选地，所述声电换能模块的固有反谐振频率包括0.1MHz-50MHz。

如上所述，本发明具有以下有益效果：通过该水听器可以实现特有频段(声波频率在换能器反谐振频率附近)声波信号的检测，通过换能器的谐振效应实现对声波的高灵敏度检测，有效拓展了现有水听器的灵敏度及频率范围；从而弥补了现有换能元件周围设置共振腔结构水听器只能检测低频段的声波信号的不足；同时本发明的水听器还具有体积小型化的特点，有利于实际的操作和携带，具有较高的实用性。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于声波检测的高灵敏度水听器的原理图。

图2为图1用于声波检测的高灵敏度水听器中第一输出匹配模块的一种原理图。

图3为本发明提供的另一种水听器的原理图。

附图标号说明

1，2 水听器

10 声电换能模块

20 第一输出匹配模块

201 降压电路单元

202 降阻抗电路单元

30 电源模块

40 开关切换模块

50 第二输出匹配模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

本实施例提供一种用于对水下的声波进行检测的高灵敏度水听器，请参阅图1，水听器1包括声电换能模块10、第一输出匹配模块20及电源模块30，其中，

声电换能模块10用于响应所接收到的声信号并将其转换为电信号后予以输出，其中，所述响应包括所述声电换能模块10工作在其固有反谐振频率所在的频段/相邻频段；第一输出匹配模块20连接于所述声电换能模块10，用于接入电源模块30所提供的电源，并对所述电信号进行降压处理和降降阻抗处理后予以输出；直流电源模块30电连接于所述第一输出匹配模块20，用于为所述第一输出匹配模块20提供一直流电源。

在具体实施中，每个声电换能模块10一般都具有相应的固有反谐振频率，当其工作在反谐振频率附近时，其所转换得到的电信号的电压值很高，且阻抗也同样很高。更为具体的，声电换能模块10可以为一声电换能片，或者也称为声电换能器，或者为包括声电换能片的声信号接收装置，例如具有共振腔和在其中设置有声电换能片的结构。

在具体实施中，所述声电换能模块10工作在其固有反谐振频率所在的频段/相邻频段是指频率在声电换能模块10的反谐振频率点上或者反谐振频率附近的频率上的声信号都可以被声电换能模块10所响应。这是因为，声信号的片频率一般都不会是固定，其会在某个频率点附近上下波动或者某个频段中连续的波动变化，而本发明显然是指前者，即频率在声电换能模块10的反谐振频率点附近上下波动变化的声信号。所以，如果我们想要较为灵敏地检测某一频率点或者该频率点附近的声信号，那么就可以采用反谐振频率点等于该某一频率点或者该频率点附近的声电换能模块10来实施本发明。

需要说明的是，由于声电换能片的反谐振频率的大小可以通过控制声电换能片/换能器(以声电换能片来进行阐述)的厚度来得到，一般地，声电换能片的厚度也厚，那么其反谐振频率就越低。因此，实际中，对声电换能片厚度确定的水听器，其反谐振频率也就确定了，那么其所用于检测的声信号的频率范围也就相应的确定。所以，根据声波检测的需要，可以通过改变声电换能片的厚度来得到不同的反谐振频率。更为具体地，本实施例中的声电换能片的反谐振频率可以做到0.1MHz-50MHz，也就是说在频率为0.1MHz-50MHz内的声信号都可以通过制定相应的声电换能片来实现对其检测。通过利用声电换能片工作在反谐振频率上来响应对应的声信号，可以大大提高检测的灵敏度，一般地，其灵敏度为现有非谐振型水听器的10-1000倍。

具体地，本发明虽然在频率检测范围上相对现有的水听器要窄，不过由于工作在反谐振频率附近频段的声电换能片所输出的电信号的电压和电阻抗是声电换能片工作在其它频率下所输出电压信号的几十至几百倍，从而实现对声信号的高灵敏度检测。当然，由于本发明所产生的电信号具有高电压和高阻抗的特点，为此需要对该电信号进行降压和降阻抗处理，以适配输出。

在具体实施中，第一输出匹配模块20是用来对声电换能片所输出的电信号进行降压处理和降阻抗处理的，这与现有技术中对对声电换能片所输出的电信号进行放大处理输出是有所不同的。因为，现有的水听器其中的声电换能片并不是工作在反谐振频率附近的，那么其所转换输出的电信号的电压较弱、阻抗较小，需要对其进行放大处理以满足输出需求，而本发明中的第一输出匹配模块20则恰好相反。

具体地，第一输出匹配模块20的实现结构可以采用降压处理电路和降阻抗处理电路来实现，结合图2，如图所示，第一输出匹配模块20可以由降压电路单元201和降阻抗电路单元202构成，其中，降压电路单元201用于对所述电信号进行降压处理后予以输出；降阻抗电路单元202电连接于所述降压电路单元201，用于对经所述降压电路单元201降压处理后输出的电信号进行降阻抗处理后予以输出。需要理解的是，上述降压电路单元201和降阻抗电路单元202可以采用现有的降压电路和降阻抗电路结构来实现。

更为具体的，第一输出匹配模块20也可以通过一个具有降压和降阻抗的电路来实现，例如，可以采用现有的降压射频跟随器电路单元来实施第一输出匹配模块20。

通过对电信号进行降压和降阻抗处理后以便于将其输出至负载，便于负载接收。例如将电信号输出至示波器中进行显示。

在具体实施中，用于对电信号进行处理的第一输出匹配模块20是需要工作电源的，现有的水听器中的输出匹配电路，例如放大器等，其也是需要工作电源的，不过现有的水听器中的电源往往采用的是无源结构，即其是通过电感线圈或者其它结构来产生工作电源，这样使得其产品的体积结构较为庞大，不便于携带。而本实施例则采用有源结构，即通过设置一电源模块30来为第一输出匹配模块20提供工作电源，这样可以使得在制造水听器时可以将其产品体积做到小型化和轻便化。

上述实施例1中的水听器的原理在于：采用固有反谐振频率与待测声信号频率相同的声电换能片来响应待测声信号，并将声信号转换为电信号，电信号通过第一输出匹配模块20的降压处理和将阻抗处理后输出至负载中进行显示，从而实现对声信号的高灵敏度检测；而且，实施例中的水听器采用的是有源结构，即自带工作电源，这样可以将水听器的产品结构制造得更加小型化和轻便化。

实施例2

本实施例将结合实施例1提供的技术方案和现有技术中的技术方案来提供另一种水听器，请参见图3，所述水听器包括声电换能模块10，用于响应所接收到的声信号并将其转换为电信号后予以输出，其中，所述响应包括所述声电换能模块10工作在其固有反谐振频率所在的频段/相邻频段；开关切换模块40，连接于声电换能模块10，通过切换来将所述电信号接入至所述第一输出匹配模块20或第二输出匹配模块50；第一输出匹配模块20，电连接于所述开关切换模块40，用于在通过所述切换来接入所述电信号时依据接入电源模块30所提供的工作电源来对所述电信号进行降压处理和降降阻抗处理后予以输出；第二输出匹配模块50，电连接于所述开关切换模块40，用于通过所述切换来接入所述电信号时依据接入电源模块30所提供的工作电源来对所述电信号进行信号放大处理处理后予以输出；直流电源模块30，分别电连接于所述第一输出匹配模块20和第二输出匹配模块50，用于为所述第一输出匹配模块20提供一工作电源。

本实施例中的水听器2可以对水下声信号进行选择性检测，从而拓展上述实施例1中水听器的应用范围，因为上述实施例1中的水听器虽然灵敏度很高，不过其所能检测的声信号的频率却很窄。而通过本实施例2中的水听器结构，用户如果要实现高灵敏度的则可以通过开关切换模块40将声电换能模块10所转换得到的电信号切换接入至第一输出匹配模块20中，而如果用户想要检测声电换能模块10所在反谐振频率以外的频率的声信号，则可以通过开关切换模块40将声电换能模块10所转换得到的电信号切换接入至第二输出匹配模块50中，这样相当于现有的水听器结构。而且，本实施例中采用直流电源模块30来为第一输出匹配模块20和第二输出匹配模块50提供工作电源，所以可以将产品结构做的更加小型化和轻便化。

在具体实施中，由于声电换能模块10本身是可以响应各种频率的声信号的，只不过其响应不同频率的声信号所得到的电信号的强弱不同，因此，本实施例利用这点来电信号选择性地接入第一输出匹配模块20或第二输出匹配模块50，从而实现对不同频率声信号的检测，从而提高水听器的应用范围。

在具体实施中，第一输出匹配模块20与实施例1中的电路结构一样，故这里不再赘述。

在具体实施中，第二输出匹配模块50可以为现有水听器结构中的放大器，其用于对电信号进行放大器处理后输出。与现有技术所不同的是本实施例中的第二输出匹配模的工作电源由直流电源模块30提供。

所要说明的是，本发明提供的实施例1和2对现有技术所做出的技术贡献在于提供了一种组合发明，通过对现有技术的组合来实现了一种新的产品结构(即上述水听器)，通过该新产品可以实现对于水下某一频率范围的声信号的高灵敏度检测，这种效果先比现有的检测效果来看，是十分优异和意想不到的，且其还通过小型化制造来为现有的水下检测工作提供方便，以利于实际的操作和携带，这是现有技术中所不可达到的。

综上所述，本发明创新性地提供了一种新的水听器，通过该水听器可以实现特有频段声波信号的高灵敏度检测，同时也可以同现有水听器相结合来实现一种高频段声波检测的水听器，有效拓展了现有水听器的应用范围；同时本发明的水听器还具有体积小型化的特点，有利于实际的操作和携带，具有较高的实用性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种用于声波检测的高灵敏度水听器，其特征在于，包括：

声电换能模块，用于响应所接收到的声信号并将其转换为电信号后予以输出，其中，所述响应包括所述声电换能模块工作在其固有反谐振频率所在的频段/相邻频段；

开关切换模块，连接于声电换能模块，通过切换来将所述电信号接入至第一输出匹配模块或第二输出匹配模块；

第一输出匹配模块，电连接于所述开关切换模块，用于在通过所述切换来接入所述电信号时依据接入电源模块所提供的工作电源来对所述电信号进行降压处理和降阻抗处理后予以输出；

第二输出匹配模块，电连接于所述开关切换模块，用于通过所述切换来接入所述电信号时依据接入电源模块所提供的工作电源来对所述电信号进行信号放大处理后予以输出；

直流电源模块，分别电连接于所述第一输出匹配模块和第二输出匹配模块，用于为所述第一输出匹配模块和第二输出匹配模块提供一工作电源；

当开关切换模块将声电换能模块所转换得到的电信号切换接入至第一输出匹配模块中，实现高灵敏度检测；

当开关切换模块将声电换能模块所转换得到的电信号切换接入至第二输出匹配模块中，实现声电换能模块对所在反谐振频率以外的频率的声信号的检测；所述第一输出匹配模块为一降压射频跟随器电路单元；所述声电换能模块包括声电换能片。

2.根据权利要求1所述的用于声波检测的高灵敏度水听器，其特征在于：所述第一输出匹配模块包括：

降压电路单元，用于对所述电信号进行降压处理后予以输出；

降阻抗电路单元，电连接于所述降压电路单元，用于对经所述降压电路单元降压处理后输出的电信号进行降阻抗处理后予以输出。

3.根据权利要求1所述的用于声波检测的高灵敏度水听器，其特征在于，所述声电换能模块的固有反谐振频率范围为0.1MHz-50MHz。