CN107592590A - 一种水下采样监听拾音装置 - Google Patents

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许士国
祖正帅
于晨磊
汪天祥
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Abstract

本发明公开一种水下采样监听拾音装置，属于水下采样及通信技术领域，用于湖泊、水库等水域中对采样设备的水下工况监听。包括上位机、水下拾音机构、电缆和发声机构。上位机包括电源、信号处理板、无源音箱和容纳箱；水下拾音机构包括水听器、配重体、漂浮板、连接线绳和限位螺栓。利用漂浮板使水听器悬挂在水中，水听器与漂浮板采用线绳软连接以保证防水拾音体在水中主方向接收的稳定性，水听器接收水下发声机构发出的声音信号并传递给上位机，由上位机中处理并通过无源音箱释放声音。本发明能够实现在监听水中声音信号的同时，保真性释放声音信号，通过声音信号可掌握水下采样装置的工作状态，具有保真性好，结构简便，实用性高的特点。

Description

一种水下采样监听拾音装置
技术领域
本发明属于水下采样及通信技术领域，特别涉及在水库水域中对采样设备的水下工况监听。
背景技术
随着我国社会经济的发展，我国所面临的水环境问题日益突出。要了解水环境具体的情况，首先就要对水质进行监测，然后根据水质探索分析成因，进而采取对应的措施改善水环境问题。
监测水质的首要步骤就是采取对应的水质样本。现阶段在水库采样工作中使用的采样设备均为传统机械采样设备，由人工下放采样设备至预定水深，下放水深以缆绳下降深度作为判断依据，缆绳下降深度、设备是否完成采样工作等水下工况全由工作人员主观经验进行判断，但在实际采样环境中，水体具有一定的流速，缆绳在水流作用下会发生较大倾斜，致使所判断的水深产生较大偏差，传统机械采样设备在水下工作时其机械机构容易受水流、温度等因素的影响使设备失灵，典型设备如德国HYDRO-BIOS公司卡盖式采水器，其利用重锤沿缆绳下放时的冲量和重力击打触发机构，使卡盖式采水器吊环脱钩，采水器关闭，但当缆绳在水流的作用下倾斜较大时，使重锤下降的冲量降低，致使重锤击打不动触发机构而采样失败。
当下世界已经入飞速发展的信息世界，水下通信技术已得到了较快发展，声波在水体中具有传播距离远，衰减系数低，通信可靠性高等优点，采用声波作为信息传递的载体是目前海洋、湖泊等水体中实现中远距离无线通信的唯一手段。
综上，对水质采样设备水下工况的监听技术需求性强并且仍具有进一步改进的空间，需要研发具有保真性好，结构简单，实用方便，能够利用声波特性进行工作信息传递的水中拾音装置。
本发明专利受到“国家自然科学基金仪器基础专项-水源水库水质多维保真采样设备项目51327004”的资助。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，容易操作，实用性高，适用于水库、湖泊智能控制采样时的无线声音信号接收装置。
本发明专利的技术方案是：
一种水下采样监听拾音装置，其特征在于，该水下采样监听拾音装置包括水下拾音机构1、上位机2、电缆3；
所述的水下拾音机构1包括水听器1-1、配重体1-2、限位螺栓1-3、连接线绳1-4和漂浮板1-5；水听器1-1为圆柱状；所述的配重体1-2为白钢圆片，其直径与水听器1-1相同，安装在水听器1-1上方，配重体1-2数量与漂浮板大小相互协调；最顶部配重体1-2上方与连接线绳1-4连接，连接线绳1-4与漂浮板1-5连接，通过漂浮板1-5漂浮力使水听器1-1悬浮在水中；所述的配重体1-2、水听器1-1之间通过限位螺栓1-3连接；
所述的上位机2位于水面上的作业平台上，包括电源2-1、信号处理板2-2、无源音箱2-3，三者设置于容纳箱2-4内；电源2-1为12V锂离子干电池，给上位机2供电；信号处理板2-2为信号处理中心，由电缆3与水下拾音机构1连接，接收并处理水下拾音机构1接收的声音信号；无源音箱2-3与信号处理板2-2的连接形式为外接插入式，声音大小可调节，能够保真性释放信号处理板2-2转发的声音信号；
水下采样监听拾音装置的工作过程为：水听器1-1接收水中发声机构4发出的声音信号，并把声音信号传递给上位机2，由无源音箱2-3在空气中放大并释放声音信号，根据声音信号判断水下采样装置的工作状态。
本发明的效果和益处是相比于现有的水下复杂庞大的通信系统以及水样采集时较为繁琐的有线监控技术，发明了一种利用传统声音传递方式的结构简单，操作方便及高效率的全方位拾音装置。具有保真性好，结构轻便，造价低等特点。
附图说明
图1是水下采样监听拾音装置在水下工作时的整体结构示意图；
图2是水下拾音机构结构示意图；
图3是上位机结构示意图；
图中：1水下拾音机构；2上位机；3电缆；4发声机构；
1-1水听器；1-2配重体，1-3限位螺栓；1-4连接线绳；1-5漂浮板；
2-1电源；2-2信号处理板；2-3无源音箱；2-4容纳箱。
具体实施方试
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明专利的具体实施方式。
一种水下采样监听拾音装置，其特征在于，该水下采样监听拾音装置包括水下拾音机构1、上位机2、电缆3。
所述的水下拾音机构1包括水听器1-1、配重体1-2、限位螺栓1-3、连接线绳1-4和漂浮板1-5。水听器1-1为圆柱状，位于水下，体型较小，防水等级为IP68；漂浮板1-5为高压缩泡沫材质，其通过连接线绳1-4与水听器1-1连接，通过其漂浮力使水听器1-1悬浮在水中；所述的配重体1-2为白钢圆片，其直径与水听器1-1相同，位于水听器1-1上方，配重数量与漂浮板大小相互协调；最顶部配重体1-2上方焊接三个吊环用以连接线绳，三个吊环焊接角度均匀分布，与圆心中心对称互成120°。沿同一直径在所有配重体1-2上冲钻两个螺纹孔，用以安装限位螺栓1-3，孔径及孔心距都与水听器1-1上已有的安装孔相同。漂浮板1-5的大小为其连接加配重体1-2的水听器1-1后，漂浮在水面时的吃水深度为漂浮板1-5厚度的1/2左右。
所述的连接线绳1-4为锦纶材质，三根连接线绳1-4一端连接配重体1-2的三个吊环，另一端连接在一起后与第四根连接线绳1-4连接，第四根连接线绳1-4连接漂浮板1-5，保证水听器1-1工作状态的稳定性及平衡性。配重体通过3根连接线绳继而再通过一根连接线绳与泡沫板连接是为了保证防水拾音体在水下工作时的稳定性及平衡性，防止其随着漂浮板在风浪的作用下摇晃旋转水听器拾音主平面。
所述的上位机2位于水面上的作业平台上，包括电源2-1、信号处理板2-2、无源音箱2-3，三者设置于容纳箱2-4内。电源2-1为12V锂离子干电池，给上位机2供电。信号处理板2-2为信号处理中心，由电缆3与水下拾音机构1连接，接收并处理水下拾音机构1接收的发声机构4的声音信号。无源音箱2-3与信号处理板2-2的连接形式为外接插入式，声音大小可调节，能够保真性释放信号处理板2-2转发的声音信号。
发声机构4由直流电机、曲柄转轴、敲击杆和支撑架组成，直流电机由单片机控制，曲柄转轴安装在直流电机转子上，转轴另一端连接敲击杆，当到达预定水深时，直流电机通过曲柄转轴带动敲击杆击打水下采水装置机械发声。
水下采样监听拾音装置需配合采样装置共同使用，其具体实施步骤如下：
步骤1：确认检查各部件连接是否正常，下水时先打开容纳盒2-4连接电源2-1，在容纳箱2-4外部插入无源音箱2-3测试水听器1-1在空气中是否能够正常作业。
步骤2：下水时拔下电源2-1，用缆绳牵引漂浮板1-5，工作人员控制缆绳下放水听器1-1，进入水体后控制缆绳使漂浮板1-5稳定，连接电源2-1，调节无源音箱2-3声音大小以确保能够正常听取声音信号。
步骤3：检查采样装置内发声机构4是否正常，然后下放采样装置，当其到达预定水深时发声机构中敲击杆在直流电机的作用下击打采样装置发声。
步骤4：水下拾音装置1能够接收发声机构4所发出的声音，上位机2能够扩大并释放水下拾音装置1所接受的声音信号，工作人员可根据不同的声音信号掌握水下采样装置所相应的工作状态。
步骤5：采样工作完成后，先断开电源2-1，拔下无源音箱2-3，然后控制缆绳缓慢提拉漂浮板1-5使水听器脱离水体。

Claims (5)

1.一种水下采样监听拾音装置，其特征在于，该水下采样监听拾音装置包括水下拾音机构(1)、上位机(2)、电缆(3)；
所述的水下拾音机构(1)包括水听器(1-1)、配重体(1-2)、限位螺栓(1-3)、连接线绳(1-4)和漂浮板(1-5)；水听器(1-1)为圆柱状；所述的配重体(1-2)为白钢圆片，其直径与水听器(1-1)相同，安装在水听器(1-1)上方，配重体(1-2)数量与漂浮板大小相互协调；最顶部配重体(1-2)上方与连接线绳(1-4)连接，连接线绳(1-4)与漂浮板(1-5)连接，通过漂浮板(1-5)漂浮力使水听器(1-1)悬浮在水中；所述的配重体(1-2)、水听器(1-1)之间通过限位螺栓(1-3)连接；
所述的上位机(2)位于水面上的作业平台上，包括电源(2-1)、信号处理板(2-2)、无源音箱(2-3)，三者设置于容纳箱(2-4)内；电源(2-1)为12V锂离子干电池，给上位机(2)供电；信号处理板(2-2)为信号处理中心，由电缆(3)与水下拾音机构(1)连接，接收并处理水下拾音机构(1)接收的声音信号；无源音箱(2-3)与信号处理板(2-2)的连接形式为外接插入式，声音大小可调节，能够保真性释放信号处理板(2-2)转发的声音信号；
水下采样监听拾音装置的工作过程为：水听器(1-1)接收水中发声机构(4)发出的声音信号，并把声音信号传递给上位机(2)，由无源音箱(2-3)在空气中放大并释放声音信号，根据声音信号判断水下采样装置的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种水下采样监听拾音装置，其特征在于，所述的漂浮板(1-5)与加配重体(1-2)的水听器(1-1)连接后，漂浮在水面时的吃水深度为漂浮板(1-5)厚度的1/2左右。
3.根据权利要求1或2所述的一种水下采样监听拾音装置，其特征在于，所述的最顶部的配重体(1-2)上方焊接三个吊环用以连接线绳(1-4)，三个吊环焊接角度均匀分布，与圆心中心对称互成120°；所述的配重体(1-2)的三个吊环上分别连接三根连接线绳(1-4)，三根连接线绳(1-4)连接在一起后与第四根连接线绳(1-4)连接，第四根连接线绳(1-4)连接漂浮板(1-5)，保证水听器(1-1)工作状态的稳定性及平衡性。
4.根据权利要求1或2所述的一种水下采样监听拾音装置，其特征在于，所述的水听器(1-1)的防水等级为IP68；所述的漂浮板(1-5)为高压缩泡沫材质；所述的连接线绳(1-4)为锦纶材质。
5.根据权利要求3所述的一种水下采样监听拾音装置，其特征在于，所述的水听器(1-1)的防水等级为IP68；所述的漂浮板(1-5)为高压缩泡沫材质；所述的连接线绳(1-4)为锦纶材质。
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