CN110132396A - 一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置和方法 - Google Patents
一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110132396A CN110132396A CN201910355076.9A CN201910355076A CN110132396A CN 110132396 A CN110132396 A CN 110132396A CN 201910355076 A CN201910355076 A CN 201910355076A CN 110132396 A CN110132396 A CN 110132396A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sound wave
- telescopic system
- underwater sound
- highly sensitive
- acoustic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 14
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002453 shampoo Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/02—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by magnetic means, e.g. reluctance
- G01H11/04—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by magnetic means, e.g. reluctance using magnetostrictive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于望远系统的高灵敏度的水下声波探测装置和方法,属于声学探测领域。该方法引入望远系统对水下超声信号进行聚焦,以提高水下声波探测器的灵敏度。具体通过望远系统对被测声信号进行聚焦,在其焦点位置,声压得到增强。当传统水下声波探测器的声敏感单元被放置在望远系统的焦点位置时,可以大大提高其声灵敏度。本方法原理简单,原则上适用于任何形式的水下声波探测器。
Description
技术领域
本发明属于超声探测领域,特别涉及一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置和方法。
背景技术
与其它物理场相比,声波在水中传播方向性好,衰减较小,传输距离最远。因此,声信号能够作为获取水下信息的有效载体,并利用其进行远距离的信息和能量传输。水下声波探测器(也称水听器)通过将声振动转化成电信号,经过对电信号的处理可以解调得到声信号的信息。水听器对开发水下应急救援及沉船打捞设备、进行水下通信以及研究海洋物理、深海勘探、水下导航等领域具有重要意义。
传统的水听器按照分类具有压电型、动圈式、压阻型、磁致伸缩型和光纤型。当声波打在压电型水听器的压电材料上时,压电材料在声压的作用下其电信号会发生改变,解调系统再对电信号进行解调还原声信号;当有声波作用在动圈式水听器的传感头上时,线圈在磁场中切割磁感线,并产生感应电流,实现声信号到电信号转换;当水声信号作用在压阻型水听器上时,声压会使弹性元件产生变形,检测元件再把形变转化为电信号;磁致伸缩型水听器的原理和压电型相似;光纤水听器的工作原理是待测声压信号对光纤的传光特性产生影响,对光纤中的相位、频率、光波强度、偏振态等进行调制,再通过解调系统还原水声信号。
声波在水下远距离传输过程中,总不可避免存在能量的损失,造成信号强度锐减,尤其是随着安静型潜艇的出现,对弱信号及远距离目标的探测日趋重要。为此,科学家们提出了多种手段提高水听器的灵敏度,包括水听器阵、增敏封装、光纤激光水听器等,甚至近年来光纤水听器得到越来越多的重视和应用也与其高灵敏度密切相关。但是现有提高水听器灵敏度的方法只针对水听器的结构和类型进行改进,并未对声信号进行处理。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置和方法,将望远系统用于水听器中,利用望远系统对声波的聚焦特性实现信号的增强,提高水听器对弱声信号的探测能力,以期在所有现有提高灵敏度的方法之上,进一步增强信号,实现更高灵敏度的水下声波探测。
本发明采用的技术方案是:
一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置,所述装置包括:
望远系统:对被测声信号进行聚焦,使得到达声波探测器声敏感单元的声压得到增强;
水下声波探测器:对望远系统焦点处的声波进行探测。
进一步地,所述的声波探测器的声敏感单元置于超声望远系统的焦点处。
进一步地,望远系统为卡塞格林系统,或者伽利略望远系统。
进一步地,所述水下声波探测器为马赫-曾德尔型光纤水听器、迈克尔逊干涉型光纤水听器、压电型水听器、动圈型水听器或压阻型水听器。
基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置使用步骤如下:
1)将声波探测器的声敏感单元置于望远系统的焦点处;
2)将望远系统与声波探测器封装在一起;
3)调整望远系统的方位角,使之对准被测信号的传播方向;
4)探测器对望远系统焦点处的水声信号进行采集,并实现信号的复原。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明不改变声敏感单元结构的条件下,通过对声信号聚焦提高声压,从而提高水听器灵敏度。
(2)本发明原理简单易实现,成本较低。
附图说明
图1为本发明探测装置构成示意图;
图2为本发明一实施例的探测装置构成示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
如图2所示,本实施示例的一种基于卡塞格林望远系统的高灵敏度马赫-曾德干涉型光纤水听器探测装置,
激光器,用于产生频率稳定的激光束;
耦合器1,用于对激光器发出的光进行分束,使之分别进入信号臂和参考臂;
信号臂光纤,将水声振动转化为光纤内激光的相位变化;
参考臂光纤,光纤内激光不受水声振动的影响,为参考光;
耦合器2,将从信号臂和参考臂出射的激光耦合到探测器;
探测器,采集得到信号光和参考光的干涉光强,并对其进行解调得到水声信号;
望远系统,对被测超声信号进行聚焦,使得到达信号臂声敏感单元的声压得到增强;
本发明装置的测量过程和检测步骤如下:
第一步:将声波探测器信号臂上的声敏感单元置于望远系统的焦点处。
第二步:将望远系统与信号臂封装在一起。
第三步:将望远系统对准信号来的方向。
第四步:打开激光器,探测器探测得到信号光和参考光的干涉光强,并解调得到二者的相位差。
第五步:从相位差复原得到被测声信号。
该方法装置结构简单,搭建容易,望远系统包含但不限于卡塞格林系统,其他望远系统如伽利略系统等同样适用,水听器包含但不限于马赫-曾德尔干涉型光纤水听器,其他水听器类型如迈克尔逊干涉型光纤水听器、压电型水听器、动圈型水听器以及压阻型水听器等同样适用。在现有的各式各样提高水听器灵敏度的方法之上,都可以继续运用本方法使得灵敏度进一步提高,为水下弱声信号的探测提供了一种有效手段。
以上所述,仅为本发明中的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换,都应涵盖在本发明的包含范围之内。
Claims (5)
1.一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置,其特征在于,所述装置包括:
望远系统:对被测声信号进行聚焦,使得到达声波探测器声敏感单元的声压得到增强;
水下声波探测器:对望远系统焦点处的声波进行探测。
2.如权利要求1所述的一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置,其特征在于,所述的声波探测器的声敏感单元置于超声望远系统的焦点处。
3.如权利要求1所述的一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置,其特征在于,望远系统为卡塞格林系统或伽利略望远系统。
4.如权利要求1所述的一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置,其特征在于,所述水下声波探测器为马赫-曾德尔型光纤水听器、迈克尔逊干涉型光纤水听器、压电型水听器、动圈型水听器或压阻型水听器。
5.一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测方法,利用权利要求1-4任一项所述的基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置,其特征在于:步骤如下:
1)将声波探测器的声敏感单元置于望远系统的焦点处;
2)将望远系统与声波探测器封装在一起;
3)调整望远系统的方位角,使之对准被测信号的传播方向;
4)探测器对望远系统焦点处的水声信号进行采集,并实现信号的复原。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910355076.9A CN110132396A (zh) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | 一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910355076.9A CN110132396A (zh) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | 一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置和方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110132396A true CN110132396A (zh) | 2019-08-16 |
Family
ID=67575685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910355076.9A Pending CN110132396A (zh) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | 一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置和方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110132396A (zh) |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4975799A (en) * | 1970-02-26 | 1990-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fibermetal acoustic reflector for sonar |
JPH06241885A (ja) * | 1993-02-17 | 1994-09-02 | Toshiba Corp | 超音波測定用ハイドロホン |
US5726444A (en) * | 1996-04-01 | 1998-03-10 | James E. Drummond | Ultrasonic directional fiber-optic hydrophone |
US20040114778A1 (en) * | 2002-12-11 | 2004-06-17 | Gobeli Garth W. | Miniature directional microphone |
US20050245824A1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-11-03 | Acoustic Marketing Research, A Colorado Corporation, D/B/A Sonora Medical Systems, Inc. | High-intensity focused-ultrasound hydrophone |
CN101082671A (zh) * | 2007-06-27 | 2007-12-05 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 相干激光遥感探测水下声信号的方法和装置 |
US8668658B2 (en) * | 2010-09-17 | 2014-03-11 | University Of Washington | Derating method for therapeutic applications of high intensity focused ultrasound |
CN104165684A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-11-26 | 中国计量学院 | 基于表面等离子体共振的超灵敏度水听器 |
CN203965028U (zh) * | 2014-07-15 | 2014-11-26 | 中国计量学院 | 基于表面等离子体共振的超灵敏度水听器 |
CN106338331A (zh) * | 2016-08-11 | 2017-01-18 | 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 | 一种超声水听器灵敏度多频点绝对校准方法 |
CN108106716A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-06-01 | 大连理工大学 | 一种可调频高灵敏度水听器 |
CN109450531A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-03-08 | 浙江大学 | 一种基于单边带调频的光纤干涉仪传感器扰动信号解调装置 |
CN109596204A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-04-09 | 江苏大学 | 一种基于宽带激光光源的光纤水听器装置及测量方法 |
CN109596210A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-09 | 中国计量大学 | 一种基于声波散射的高强度聚焦超声声场测量方法 |
-
2019
- 2019-04-29 CN CN201910355076.9A patent/CN110132396A/zh active Pending
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4975799A (en) * | 1970-02-26 | 1990-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fibermetal acoustic reflector for sonar |
JPH06241885A (ja) * | 1993-02-17 | 1994-09-02 | Toshiba Corp | 超音波測定用ハイドロホン |
US5726444A (en) * | 1996-04-01 | 1998-03-10 | James E. Drummond | Ultrasonic directional fiber-optic hydrophone |
US20040114778A1 (en) * | 2002-12-11 | 2004-06-17 | Gobeli Garth W. | Miniature directional microphone |
US20050245824A1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-11-03 | Acoustic Marketing Research, A Colorado Corporation, D/B/A Sonora Medical Systems, Inc. | High-intensity focused-ultrasound hydrophone |
CN101082671A (zh) * | 2007-06-27 | 2007-12-05 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 相干激光遥感探测水下声信号的方法和装置 |
US8668658B2 (en) * | 2010-09-17 | 2014-03-11 | University Of Washington | Derating method for therapeutic applications of high intensity focused ultrasound |
CN104165684A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-11-26 | 中国计量学院 | 基于表面等离子体共振的超灵敏度水听器 |
CN203965028U (zh) * | 2014-07-15 | 2014-11-26 | 中国计量学院 | 基于表面等离子体共振的超灵敏度水听器 |
CN106338331A (zh) * | 2016-08-11 | 2017-01-18 | 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 | 一种超声水听器灵敏度多频点绝对校准方法 |
CN108106716A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-06-01 | 大连理工大学 | 一种可调频高灵敏度水听器 |
CN109596204A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-04-09 | 江苏大学 | 一种基于宽带激光光源的光纤水听器装置及测量方法 |
CN109450531A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-03-08 | 浙江大学 | 一种基于单边带调频的光纤干涉仪传感器扰动信号解调装置 |
CN109596210A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-09 | 中国计量大学 | 一种基于声波散射的高强度聚焦超声声场测量方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104808208B (zh) | 一种基于激光声源探测水下目标方位及尺寸的测量系统及其测量方法 | |
US8638956B2 (en) | Acoustic velocity microphone using a buoyant object | |
CN203178489U (zh) | 用于识别水下和水面目标的实时监测系统 | |
Wang et al. | Experimental research of an all-polarization-maintaining optical fiber vector hydrophone | |
US20230132220A1 (en) | Dual acoustic pressure and hydrophone sensor array system | |
CN105738972A (zh) | 一种水下探测系统及水下探测方法 | |
CN108375412A (zh) | 基于微型悬臂梁的高灵敏度光纤超声传感器 | |
CN105021271B (zh) | 一种光纤efpi次声波传感器及次声信号探测系统 | |
CN106813766B (zh) | 声磁同测的分布式光纤传感系统 | |
Lei et al. | Forward scattering detection of a submerged object by a vertical hydrophone array | |
KR101832075B1 (ko) | 음향 변환기, 음향 변환 시스템, 광학 수중 청음기, 음향 변환 어레이 및 선박 | |
CN105737967A (zh) | 一种二维矢量场水听器 | |
CN205537938U (zh) | 光纤水听器 | |
CN110132396A (zh) | 一种基于望远系统的高灵敏度水下声波探测装置和方法 | |
CN205812390U (zh) | 一种车载激光麦克风 | |
CN107888372B (zh) | 基于混沌振子阵元水下声纳通信系统 | |
CN113776642A (zh) | 一种基于激光多普勒测振的数字水听器及测振方法 | |
Karas et al. | A passive optical fibre hydrophone array utilising fibre Bragg grating sensors | |
CN112763051A (zh) | 一种基于聚焦透镜技术的声波传感器封装结构及制作方法 | |
Liang et al. | Measurement research of the optical fiber vector hydrophone used in underwater acoustic applications in the deep ocean | |
CN105487077A (zh) | 基于激光多点相干探测的水下发声目标位置估计方法及实现该方法的装置 | |
CN214702499U (zh) | 基于聚焦透镜技术的声波传感器封装结构 | |
Liu et al. | An experimental sonobuoy system based on fiber optic vector hydrophone | |
Thiem et al. | Ship noise characterization for marine traffic monitoring using distributed acoustic sensing | |
Liu et al. | Thin Fiber-Optic Hydrophone Towed Array for Autonomous Underwater Vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190816 |