CN105953910B - 一种人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置 - Google Patents

一种人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，包括倒相箱和亚声波采集传声器；所述倒相箱的前壁设有传声口和倒相口，传声口和倒相口在箱内通过肘型导管5连通；所述亚声波采集传声器设置在传声口处，其包括扩口的振动膜，振动膜底部连接有音圈，音圈套装在永磁体上，并连接到升压变压器，升压变压器的信号输出端构成亚声波采集传声器的信号输出端。本发明通过倒相箱来增强亚音声波的能量从而采集到低能量的亚音声波；能够抵抗炮弹出膛时强大的声波冲击力；且装置造价低廉，能耗较低。

Description

一种人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置
技术领域
本发明涉及人影火箭信号采集技术领域，具体为一种人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置。
背景技术
近年来，由于人类活动加剧了气候环境的变化，灾害性天气频繁发生，人影火箭炮在人工干预天气中实现了防灾减灾的重要作用。为了评估人影作业效果，追溯火箭弹哑弹和提前爆炸的数量，需要对炮弹爆炸信号进行采集。
人影火箭弹高空爆炸信号采集有如下特点：1.炮弹爆炸音的主要能量集中在高频部分，但该频段的声音传播距离较近，而炮弹爆破点的距离较远(火箭炮4千米，高炮6.8千米左右)，能够传回来的声波的能量很小，不易采集；2.爆炸的亚音部分能传播较远的距离，但声波能量小，得到的声波转换成的电信号也小，不易识别；3.设备安置于高炮或火箭炮附近，要求拾音震动材料具有足够强的抗声波冲击能力。
目前市场上现有的声源定位与识别都是采用的高灵敏度的麦克风或其他的次声装置，不仅价格昂贵，而且抗强力声波冲击的能力弱，没有一款适用于高炮或火箭炮附近的亚音频采集器。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够采集到低能量亚声波的人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，该装置能够抵抗炮弹出膛时强大的声波冲击力，且造价低廉。技术方案如下：
一种人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，包括倒相箱和亚声波采集传声器；所述倒相箱的前壁设有传声口和倒相口，传声口和倒相口在箱内通过肘型导管5连通；所述亚声波采集传声器设置在传声口处，其包括扩口的振动膜，振动膜底部连接有音圈，音圈套装在永磁体上，并连接到低噪阻抗转换器，低噪阻抗转换器的信号输出端构成亚声波采集传声器的信号输出端。
进一步的，所述振动膜为PET薄膜。
更进一步的，所述肘型导管的长度为采集到的最低频率的声波波长的1/2。
更进一步的，所述肘型导管从倒相口到传声口越来越细。
更进一步的，所述振动膜的开口处套设有防风罩，所述防风罩包括外部的金属罩和内部的海绵体。
更进一步的，还包括连接到亚声波采集传声器信号输出端的信号处理单元，所述信号处理单元包括顺次连接的一级放大电路、二级放大电路、带通滤波电路、高速16位AD电路和通信接口。
更进一步的，所述一级放大电路包括三极管T，三极管T的发射极通过电阻Rs连接到信号输入端；基极通过并联的电容Cb和电阻Rbp接地，并通过电阻Rb连接到电源；集电极通过电阻Rc连接到电源，并通过电容Cc连接到信号输出端，信号输出端负载为电阻R1。
本发明的有益效果是：
1)本发明通过倒相箱来增强亚音声波的能量，从而实现低能量的亚音声波的采集；
2)本发明的亚声波采集传声器采用动圈式低音喇叭，能够抵抗炮弹出膛时强大的声波冲击力；
3)本发明的亚声波采集传声器能够使采集到的低能量亚声波在转换成电信号的过程中有效降低电噪声的影响；
4)装置造价低廉，能耗较低。
附图说明
图1为本发明人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置外观结构图。
图2为本发明人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置内部结构示意图。
图3为本发明人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置的亚声波采集传声器结构示意图。
图4为本发明人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置的信号处理单元结构框图。
图5为本发明人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置一级放大电路的原理图。
图中：1-倒相箱；2-传声口；3-倒相口；4-亚声波采集传声器；41-振动膜；42-音圈；43-永磁体；44-低噪阻抗转换器；45-防风罩45；46-信号增强模块；5-肘型导管；6-信号处理单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。如图1和图2所示，一种人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，包括倒相箱1和亚声波采集传声器4；所述倒相箱1的前壁设有传声口2和倒相口3，传声口2和倒相口3在箱内通过肘型导管5连通；所述亚声波采集传声器4设置在传声口2处，其包括扩口的振动膜41，振动膜41底部连接有音圈42，音圈42套装在永磁体43上，并连接到低噪阻抗转换器44，低噪阻抗转换器44的信号输出端构成亚声波采集传声器4的信号输出端。
因为声波经过远距离传播后，剩下的低频分量能量低，不易采集，所以通过倒相箱1对同一音频信号进行180度的转向作用于亚声波采集传声器4的后端以增强音频信号的采集。
为了防止出膛炮弹强力声波的冲击，采用动圈式低音喇叭作为亚声波采集传声器4，它利用换能原理将声波信号转换成电信号。声波到达振动膜41时，带动音圈42在永磁体43的磁场里振动产生感应电流，从而实现声电转化。最后又通过低噪阻抗转换器44增强信号。
本实施例的振动膜41为PET薄膜。该膜是一种机械性能优良，抗冲击强度和抗张强度大的薄膜，装置安装在高炮或火箭炮附近，不会被出膛炮弹强力的声波振破。同时在传声器的首部增加一个信号增强模块46。
本实施例的肘型导管5的长度为采集到的最低频率的声波波长的1/2。本实施例最低频声波的频率取200Hz，则相应的肘型导管5的长度为0.7米左右。
本实施例的肘型导管5从倒相口3到传声口2越来越细，即图2中L1>L2>L3。该结构具有增强声波能量的作用。其中，倒相口3和传声口2面积相等，尽可能的增大声音的接收面积。
本实施例的振动膜41的开口处套设有防风罩45，所述防风罩45包括外部的金属罩和内部的海绵体。户外环境复杂，风或其他的声音会使传声器受到干扰，所以要加一个防风罩，外部的金属罩可以抵抗外力的冲击，保护传声器；海绵体会减弱、阻止气流的进入。由于声音不是气流的定向运动，而是一种机械波动，所以它受到风罩的影响很小。
本实施例还包括连接到亚声波采集传声器4信号输出端的信号处理单元6，如图4所示，所述信号处理单元6包括顺次连接的一级放大电路、二级放大电路、带通滤波电路、高速16位AD电路和通信接口。
由亚声波采集传声器4得到的电压信号只有十几微伏左右，必须通过一级放大，达到毫伏级信号才能继续进行后端电路处理。首级放大电路的最大难点是必须抑制噪声，本实施例采用直耦，低噪，高放大倍数电路作为一级放大电路，其放大系数可以达100倍，主要原理如图5所示，一级放大电路包括三极管T，三极管T的发射极通过电阻Rs连接到信号输入端；基极通过并联的电容Cb和电阻Rbp接地，并通过电阻Rb连接到电源；集电极通过电阻Rc连接到电源，并通过电容Cc连接到信号输出端，信号输出端负载为电阻R1。
通过一级放大的毫伏级电信号再进行二级放大、滤波，AD转换后，得到数字信号由通过通信模块发送出去进行更进一步的数字化处理。

Claims (7)

1.一种人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，其特征在于，包括倒相箱(1)和亚声波采集传声器(4)；所述倒相箱(1)的前壁设有传声口(2)和倒相口(3)，传声口(2)和倒相口(3)在箱内通过肘型导管(5)连通；所述亚声波采集传声器(4)设置在传声口(2)处，其包括扩口的振动膜(41)，振动膜(41)底部连接有音圈(42)，音圈(42)套装在永磁体(43)上，并连接到低噪阻抗转换器(44)，低噪阻抗转换器(44)的信号输出端构成亚声波采集传声器(4)的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，其特征在于，所述振动膜(41)为PET薄膜。
3.根据权利要求1所述的人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，其特征在于，所述肘型导管(5)的长度为采集到的最低频率的声波波长的1/2。
4.根据权利要求1所述的人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，其特征在于，所述肘型导管(5)从倒相口(3)到传声口(2)越来越细。
5.根据权利要求1所述的人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，其特征在于，所述振动膜(41)的开口处套设有防风罩(45)，所述防风罩(45)包括外部的金属罩和内部的海绵体。
6.根据权利要求1所述的人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，其特征在于，还包括连接到亚声波采集传声器(4)信号输出端的信号处理单元(6)，所述信号处理单元(6)包括顺次连接的一级放大电路、二级放大电路、带通滤波电路、高速16位AD电路和通信接口。
7.根据权利要求6所述的人影火箭弹高空爆炸亚音采集装置，其特征在于，所述一级放大电路包括三极管T，三极管T的发射极通过电阻Rs连接到信号输入端；基极通过并联的电容Cb和电阻Rbp接地，并通过电阻Rb连接到电源；集电极通过电阻Rc连接到电源，并通过电容Cc连接到信号输出端，信号输出端负载为电阻R1。
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