CN109459125A - 一种数字化标量水听器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字化标量水听器，属于电子设备技术领域。数字化标量水听器包括：换能器、电子仓以及连接部，所述电子仓位于所述换能器与所述连接部之间，所述电子仓中设置有信号处理电路；所述换能器用于将声信号转换为电信号输出给所述信号处理电路；所述信号处理电路用于将所述电信号转换为数字信号输出，所述数字信号经所述连接部输出。本发明提供了一种数字化标量水听器，通过设置在电子仓内部的信号处理电路将换能器输出的电信号转换成了数字信号，再将数字信号经所述连接部输出，实现了数据的数字化，便于将数据远距离传输。

Description

一种数字化标量水听器

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，具体而言，涉及一种数字化标量水听器。

背景技术

水听器，可以将声信号转换成电信号，广泛用于水中通信、探测、目标定位、跟踪等，是声纳的重要部件，水下的探测、识别、通信，以及海洋环境监侧和海洋资源的开发，都离不开水听器。但目前的水听器数据传输距离有限，不适用于远距离传输。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种数字化标量水听器，以有效地改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本实施例提供一种数字化标量水听器，包括：换能器、电子仓以及连接部，所述电子仓位于所述换能器与所述连接部之间，所述电子仓中设置有信号处理电路；所述换能器用于将声信号转换为电信号输出给所述信号处理电路；所述信号处理电路用于将所述电信号转换为数字信号输出，所述数字信号经所述连接部输出。本申请实施例中，通过设置在电子仓内部的信号处理电路将换能器输出的电信号转换成了数字信号，再将数字信号经所述连接部输出，实现了数据的数字化，便于将数据远距离传输。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述信号处理电路包括：A/D转换电路和数据传输电路；所述A/D转换电路的输入端与所述换能器连接，所述A/D转换电路的输出端与所述数据传输电路的输入端连接，所述A/D转换电路用于将所述换能器获取到的电信号转换成所述数字信号，所述数据传输电路的输出端与所述连接部连接。本申请实施例中，通过该A/D转换电路实现了数据的数字化，通过该数据传输电路便于将数据通信传输。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中,所述电子仓中还设置有运算放大电路，所述运算放大电路的输入端与所述换能器连接，所述运算放大电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述运算放大电路用于将所述电信号放大后传输给所述信号处理电路。本申请实施例中，通过该运算放大电路将换能器输出的电信号放大，再将该放大后的电信号输入到A/D转换电路中，以便该A/D转换电路能够对该放大后的电信号转换成数字信号。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述运算放大电路还包括：第一子运算放大电路和第二子运算放大电路，所述第一子运算放大电路的输入端与所述换能器连接，所述第一子运算放大电路的输出端与所述第二子运算放大电路的输入端连接，所述第二子运算放大电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接；所述第一子运算放大电路用于对所述电信号进行预防大，得到第一放大电信号，并将所述第一放大电信号传输给所述第二子运算放大电路，所述第二子运算放大电路用于对所述第一放大电信号进行主放大，得到第二放大电信号，并将所述第二放大电信号传输给所述信号处理电路。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第一子运算放大电路包括：第一放大器；所述第一放大器的型号为MAX9812H；所述第一放大器的输入端与所述换能器连接，所述第一放大器的输出端与所述第二子运算放大电路的输入端连接。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第二子运算放大电路包括：第二放大器、第一反馈电路和第二反馈电路；所述第二放大器包括正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端；所述正向输入端、反向输入端与所述第一子运算放大电路的输出端连接；所述正向输出端、反向输出端与所述信号处理电路的输入端连接；所述第一反馈电路的一端与所述正向输入端连接，所述第一反馈电路的另一端与所述反向输出端连接，所述第二反馈电路的一端与所述反向输入端连接，所述第二反馈电路的另一端与所述正向输出端连接。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第一反馈电路包括第一电阻和第一电容；所述正向输入端分别与所述第一反馈电路的第一电阻的一端和所述第一反馈电路的第一电容的一端连接，所述反向输出端分别与所述第一反馈电路的第一电阻的另一端和所述第一反馈电路的第一电容的另一端连接。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第二反馈电路包括第二电阻和第二电容；所述反向输入端分别与所述第二反馈电路的第二电阻的一端和所述第二反馈电路的第二电容的一端连接，所述正向输出端分别与所述第二反馈电路的第二电阻的另一端和所述第二反馈电路的第二电容的另一端连接。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述电子仓中还设置有阻抗匹配电路；所述阻抗匹配电路的输入端与所述换能器连接，所述阻抗匹配电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接；所述阻抗匹配电路用于将所述换能器输出的电信号与所述信号处理电路进行匹配。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述换能器为压电单晶换能器。本申请实施例中，换能器的材料采用压电单晶，与现有技术中压电陶瓷换能器相比，尺寸小、质量轻，实现了换能器的微型化和轻量化，同时采用压电单晶换能器的水听器具有更高的灵敏度和更低的自噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种数字化标量水听器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的的一种运算放大电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的的一种阻抗匹配电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的的电子仓以及换能器的模块框图；

图5为本发明实施例提供的的又一种数字化标量水听器的结构示意图。

图标：100-数字化标量水听器；1-换能器；2-电子仓；3-连接部；31-第一传感器接口；32-第二传感器接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

请参阅图1，本申请实施例提供一种数字化标量水听器100，包括：换能器1、电子仓2以及连接部3。

该电子仓2位于换能器1与连接部3之间，电子仓2中设置有信号处理电路；该换能器1用于将声信号转换为电信号输出给信号处理电路；信号处理电路用于将电信号转换为数字信号输出，数字信号经连接部3输出。本申请实施例中，通过设置在电子仓2内部的信号处理电路将换能器1输出的电信号转换成了数字信号，再将数字信号经所述连接部3输出，实现了数据的数字化，便于将数据远距离传输。

作为一种可选的实施方式，信号处理电路包括：A/D转换电路和数据传输电路；A/D转换电路的输入端与换能器1连接，A/D转换电路的输出端与数据传输电路的输入端连接，A/D转换电路用于将换能器1获取到的电信号转换成数字信号，数据传输电路的输出端与连接部3连接。

可选地，该A/D转换电路包括ADS1271芯片，该ADS1271芯片的输入端与换能器1连接，该ADS1271芯片的输出端与数据传输电路的输入端连接。可以理解的是，该A/D转换电路也可以采用其他的A/D转换芯片，比如ADS7808芯片，具体的型号可以根据实际情况进行选择，对此本申请不作限定。

可选地，该数据传输电路包括AR8035网络芯片，该AR8035网络芯片用于将数据进行网络传输，该AR8035网络芯片的输入端与A/D转换电路的输出端的输出端连接，该AR8035网络芯片的输出端与连接部3连接。可以理解的是，该数据传输电路也可以采用其他的网络芯片，比如88e1512网络芯片，具体的型号可以根据实际情况进行选择，对此本申请不作限定。

作为一种可选的实施方式，电子仓2中还设置有运算放大电路，运算放大电路的输入端与换能器1连接，运算放大电路的输出端与信号处理电路的输入端连接，运算放大电路用于将电信号放大后传输给信号处理电路。本申请实施例中，通过该运算放大电路将换能器1输出的电信号放大，再将该放大后的电信号输入到A/D转换电路中，以便该A/D转换电路能够对该放大后的电信号转换成数字信号。

作为一种可选的实施方式，运算放大电路包括：第一子运算放大电路和第二子运算放大电路，第一子运算放大电路的输入端与换能器1连接，第一子运算放大电路的输出端与第二子运算放大电路的输入端连接，第二子运算放大电路的输出端与信号处理电路的输入端连接；第一子运算放大电路用于对电信号进行预防大，比如，将电信号放大10倍，得到第一放大电信号，并将第一放大电信号传输给第二子运算放大电路，第二子运算放大电路用于对第一放大电信号进行主放大，比如，将电信号放大11倍，得到第二放大电信号，并将第二放大电信号传输给信号处理电路。其中，若直接采用第二子运算放大电路进行放大信号，信号放大倍数有限，信号仍然微弱，效果不好，因此先进行一次预防大，得到第一放大电信号，再进行主放大，得到第二放大电信号，对电信号进行二次放大，保证了该第二放大电信号能够正确、完整地进行A/D转换。

请参与图2，作为一种可选的实施方式，第一子运算放大电路包括：第一放大器；该第一放大器的型号为MAX9812H；第一放大器的输入端与换能器1连接(即第一放大器的输入端通过J1中的2接口与换能器1连接)，第一放大器的输出端与第二子运算放大电路的输入端连接。可以理解的是，该第一放大器也可以采用其他的型号的放大器，比如该放大器可以为MAX98123，具体的型号可以根据实际情况进行选择，对此本申请不作限定。可选地，第一子运算放大电路还包括第三电阻、第三电容和第一稳压二极管，该第三电容的一端与该第一放大器的输入端连接，该第三电容的另一端与换能器1连接；该第三电阻的一端与该第三电容的另一端连接，该第三电阻的另一端接地，该第一稳压二极管的正极接地，该第一稳压二极管的负极与该第三电容的另一端以及该第三电阻的一端连接。

作为一种可选的实施方式，第二子运算放大电路包括：第二放大器、第一反馈电路和第二反馈电路；第二放大器包括正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端；正向输入端、反向输入端与第一子运算放大电路的输出端连接；正向输出端、反向输出端与信号处理电路的输入端连接；第一反馈电路的一端与正向输入端连接，第一反馈电路的另一端与反向输出端连接，第二反馈电路的一端与反向输入端连接，第二反馈电路的另一端与正向输出端连接。

作为一种可选的实施方式，第一反馈电路包括第一电阻和第一电容；正向输入端分别与第一反馈电路的第一电阻的一端和第一反馈电路的第一电容的一端连接，反向输出端分别与第一反馈电路的第一电阻的另一端和第一反馈电路的第一电容的另一端连接。

作为一种可选的实施方式，第二反馈电路包括第二电阻和第二电容；反向输入端分别与第二反馈电路的第二电阻的一端和第二反馈电路的第二电容的一端连接，正向输出端分别与第二反馈电路的第二电阻的另一端和第二反馈电路的第二电容的另一端连接。

可选地，该第二子运算放大电路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第四电容和第五电容。该第四电阻的一端与第一子运算放大电路的输出端连接，该第四电阻的另一端与第四电容的一端连接，该第四电容的另一端分别与该第五电阻和第七电阻的一端连接，该第五电阻的另一端分别与第六电阻的一端和第五电容的一端连接，该第五电容的另一端接地，该第六电阻的另一端与该第二放大器的反向输入端连接，该第七电阻的另一端与该第二放大器的正向输入端连接。

可选地，该第二子运算放大电路包括：第八电阻、第九电阻、第六电容和第七电容；该第八电阻的一端分别与该第二放大器的反向输出端和第一电容的另一端连接，该第八电阻的另一端分别与第六电容的一端和第一电阻的另一端连接，该第六电容的另一端与信号处理电路的输入端连接(即该第六电容的另一端通过A OUT P接口与信号处理电路的输入端连接)。该第九电阻的一端分别与该第二放大器的正向输出端和第二电容的另一端连接，该第九电阻的另一端分别与第七电容的一端和第二电阻的另一端连接，该第七电容的另一端与信号处理电路的输入端连接(即该第七电容的另一端通过A OUT N接口与信号处理电路的输入端连接)。

作为一种可选的实施方式，该运算放大电路还包括数字电位器，该数字电位器的型号为TPL0102-100RUCR，该数字电位器的1引脚与第四电阻的一端连接，该数字电位器的3引脚与第四电阻的另一端连接。

请参阅图3，作为一种可选的实施方式，电子仓2中还设置有阻抗匹配电路；阻抗匹配电路的输入端与换能器1连接，阻抗匹配电路的输出端与信号处理电路的输入端连接；阻抗匹配电路用于将换能器1输出的电信号与信号处理电路进行阻抗匹配。

可选地，该阻抗匹配电路包括MOS管、第八电容、第九电容、第二稳压二极管和第十电阻，该第二稳压二极管的负极与换能器1的正极连接，该第二稳压二极管的负极还与第八电容的一端连接，该第二稳压二极管的正极接地，该第八电容的另一端与第十电阻的一端连接，该第十电阻的另一端接地，该第十电阻的一端还与MOS管的栅极练级，该MOS管的漏极与第九电容一端连接，该MOS管的源极与第九电容另一端连接，该MOS管的源极还接地，该第九电容的另一端与信号处理电路的输入端连接。

请参阅图4，作为一种可选的实施方式，该电子仓2设置有阻抗匹配电路、运算放大电路和信号处理电路，该信号处理电路包括A/D转换电路和数据传输电路。该换能器1的输出端与阻抗匹配电路的输入端连接，该阻抗匹配电路的输出端连接与该运算放大电路的输入端连接，该运算放大电路的输出端与所述A/D转换电路的输入端连接，该A/D转换电路的输出端与该数据传输电路的输入端连接，该数据传输电路用于将数据通信传输。

其中，该换能器1的一端与电子仓2连接，该换能器1用于将声信号转换为电信号，本申请实施例中，该换能器1为压电单晶换能器1。换能器1的材料采用高性能压电单晶，与现有技术中压电陶瓷换能器1相比，尺寸小、质量轻，实现了换能器1的微型化和轻量化，同时采用压电单晶换能器1的水听器具有比同尺寸压电陶瓷水听器更高的灵敏度和更低的自噪声。

可选地，该换能器1的外层包裹有硫化胶。

其中，该连接部3的一端设置有输出接口，该连接部3的另一端与电子仓2的一端连接。该输出接口与上位机连接，该输出接口用于将数据传输给上位机。

可选地，该输出接口为防水连接器。防水连接器应用于带水的环境当中，在承受一定的水压情况下能保证连接器内部机械性能、电气性能能正常使用的连接器。可以理解的是，该输出接口也可以是是常规的连接器，当该连接器与其他设备进行连接时，在连接处粘贴防水胶带，相应的，也可在连接处涂上防水涂料，对此，本申请不作限定。

作为一种可选地实施方式，该连接部3还包括：至少一个传感器接口，该传感器接口与该输出接口连接，该传感器接口用于连接传感器。可选地，该连接器为温度传感器、压力传感器、流速传感器和液位传感器中的至少一种传感器，每个所述传感器与对应的每个所述传感器接口连接。该温度传感器用于检测水中的温度，该压力传感器用于检测水压，该流速传感器用于检测水的流速，该液位传感器用于测量该传感器所处的液位信息。

可选地，请参阅图5，该连接部3包括两个传感器接口，其中，第一传感器接口31与温度传感器连接，第二传感器接口32与压力传感器连接。当该水听器放于水下一定深度出，该温度传感器检测该深度的温度，并通过传输接口传输温度信息。该压力传感器检测该深度下的水压，并通过传输接口传输水压信息。

本申请实施例提供的一种数字化标量水听器100，换能器1的材料采用高性能压电单晶，与现有技术中压电陶瓷换能器相比，尺寸小、质量轻，实现了换能器1的微型化和轻量化，同时采用压电单晶换能器1的水听器具有比同尺寸压电陶瓷水听器更高的灵敏度和更低的自噪声。高性能的压电单晶材料配合电子仓2内的电路设计使得声音信号采集更为精确，减少信号失真的情况。并且实现了数据的数字化，便于将数据远距离传输。同时，该水听器采用三段式的结构设计，防水性良好，可在深水及高压下长时间工作。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

Claims (10)

1.一种数字化标量水听器，其特征在于，包括：换能器、电子仓以及连接部，所述电子仓位于所述换能器与所述连接部之间，所述电子仓中设置有信号处理电路；

所述换能器用于将声信号转换为电信号输出给所述信号处理电路；

所述信号处理电路用于将所述电信号转换为数字信号输出，所述数字信号经所述连接部输出。

2.根据权利要求1所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述信号处理电路包括：A/D转换电路和数据传输电路；

所述A/D转换电路的输入端与所述换能器连接，所述A/D转换电路的输出端与所述数据传输电路的输入端连接，所述A/D转换电路用于将所述换能器获取到的电信号转换成所述数字信号，所述数据传输电路的输出端与所述连接部连接。

3.根据权利要求1所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述电子仓中还设置有运算放大电路，所述运算放大电路的输入端与所述换能器连接，所述运算放大电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述运算放大电路用于将所述电信号放大后传输给所述信号处理电路。

4.根据权利要求3所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述运算放大电路还包括：第一子运算放大电路和第二子运算放大电路，所述第一子运算放大电路的输入端与所述换能器连接，所述第一子运算放大电路的输出端与所述第二子运算放大电路的输入端连接，所述第二子运算放大电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接；所述第一子运算放大电路用于对所述电信号进行预防大，得到第一放大电信号，并将所述第一放大电信号传输给所述第二子运算放大电路，所述第二子运算放大电路用于对所述第一放大电信号进行主放大，得到第二放大电信号，并将所述第二放大电信号传输给所述信号处理电路。

5.根据权利要求4所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述第一子运算放大电路包括：第一放大器；

所述第一放大器的型号为MAX9812H；所述第一放大器的输入端与所述换能器连接，所述第一放大器的输出端与所述第二子运算放大电路的输入端连接。

6.根据权利要求4所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述第二子运算放大电路包括：第二放大器、第一反馈电路和第二反馈电路；所述第二放大器包括正向输入端、反向输入端、正向输出端和反向输出端；所述正向输入端、反向输入端与所述第一子运算放大电路的输出端连接；所述正向输出端、反向输出端与所述信号处理电路的输入端连接；所述第一反馈电路的一端与所述正向输入端连接，所述第一反馈电路的另一端与所述反向输出端连接，所述第二反馈电路的一端与所述反向输入端连接，所述第二反馈电路的另一端与所述正向输出端连接。

7.根据权利要求6所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述第一反馈电路包括第一电阻和第一电容；所述正向输入端分别与所述第一反馈电路的第一电阻的一端和所述第一反馈电路的第一电容的一端连接，所述反向输出端分别与所述第一反馈电路的第一电阻的另一端和所述第一反馈电路的第一电容的另一端连接。

8.根据权利要求6所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述第二反馈电路包括第二电阻和第二电容；所述反向输入端分别与所述第二反馈电路的第二电阻的一端和所述第二反馈电路的第二电容的一端连接，所述正向输出端分别与所述第二反馈电路的第二电阻的另一端和所述第二反馈电路的第二电容的另一端连接。

9.根据权利要求1所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述电子仓中还设置有阻抗匹配电路；

所述阻抗匹配电路的输入端与所述换能器连接，所述阻抗匹配电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接；

所述阻抗匹配电路用于将所述换能器输出的电信号与所述信号处理电路进行匹配。

10.根据权利要求1-9任一项所述的数字化标量水听器，其特征在于，所述换能器为压电单晶换能器。