CN110686766A - 一种自容式水听器装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水声信号检测技术领域,具体公开了一种自容式水听器装置,其中,包括:依次电连接的水听器、调理板、信号处理板、存储板和GPS模块;所述水听器用于将水声信号转换成电信号;调理板用于将所述电信号进行放大处理得到放大信号;信号处理板用于将放大信号进行模数转换处理得到处理信号;存储板用于存储所述处理信号以及存储RTC模块的工作时间,并存储水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间;GPS模块用于获取定位装置的定位数据,并对定位数据进行解析后得到水声信号的起始采集GPS时间以及终止采集的GPS时间。本发明还公开了一种自容式水听器系统。本发明提供的自容式水听器装置能够实现对目标所在位置的精确定位。

Description

一种自容式水听器装置及系统
技术领域
本发明涉及水声信号检测技术领域,尤其涉及一种自容式水听器装置及包括该自容式水听器装置的自容式水听器系统。
背景技术
自容式水听器是将标准水听器、低噪声滤波放大电路、采集、存储与电源供给单元集成于一体的水声信号捕获自容式水听器装置。凭借其优异的软硬件及坚固可靠的外型结构设计,微型水下噪声采集系统能够在各种海况下,使用多种布放回收策略,完成超长时间、无间断、无人值守的水声数据采集任务。
传统的自容水听器时钟系统无法达到很精确的时间,通常采用MCU自带的RTC时钟系统,这样的时钟系统无法满足对时间精度要求很高的应用场合,比如水下快速航行器拖曳自容水听器进行目标探测,如果时间不准确的话,无法精确定位目标所在位置;传统自容水听器在耐压上面无法达到很大,也就无法在深海中使用;传统自容水听器在工作时间上受限于电池容量、存储容量的限制,无法连续工作很长时间,一般的工作时间都小于1天。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供了一种自容式水听器装置及包括该自容式水听器装置的自容式水听器系统,以解决现有技术中的问题。
作为本发明的第一个方面,提供一种自容式水听器装置,其中,包括:依次电连接的水听器、调理板、信号处理板、存储板和GPS模块;
所述水听器用于将水声信号转换成电信号;
所述调理板用于将所述电信号进行放大处理得到放大信号;
所述信号处理板用于将所述放大信号进行模数转换处理得到处理信号;
所述存储板用于存储所述处理信号以及存储RTC模块的工作时间,并存储水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间,且能够将所述处理信号、RTC模块的工作时间、水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间上传至上位机;
所述GPS模块用于获取定位装置的定位数据,并对所述定位数据进行解析后得到水声信号的起始采集GPS时间以及终止采集的GPS时间。
进一步地,所述自容式水听器装置还包括:电池,所述电池与所述信号处理板电连接,所述电池能够为所述信号处理板的工作提供电源供应,且所述信号处理板还能够将所述电池提供的电源分配至所述调理板和所述存储板。
进一步地,所述电池的电池容量为550wh。
进一步地,所述自容式水听器装置还包括:通信模块,所述存储板与所述上位机通过所述通信模块通信连接。
进一步地,所述通信模块包括无线通信模块。
进一步地,所述调理板用于将所述电信号进行固定增益放大和程控放大得到放大信号。
进一步地,所述信号处理板包括FPGA。
进一步地,所述存储板包括主控芯片。
作为本发明的另一个方面,提供一种自容式水听器系统,其中,包括:上位机、定位装置和前文所述的自容式水听器装置,所述上位机与所述自容式水听器装置中的存储板通信连接,所述定位装置与所述自容式水听器装置中的GPS模块通信连接,所述上位机能够控制所述自容式水听器装置的工作,且能够对所述自容式水听器装置中的存储板上传的处理信号进行处理,以及能够对所述自容式水听器装置中的存储板上传的RTC模块的工作时间、水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间进行处理,得到所述自容式水听器装置工作所对应的准确时间。
进一步地,所述定位装置包括北斗定位模块。
通过上述自容式水听器装置,设置GPS模块,能够分别记录工作开始的GPS时间以及工作结束的GPS时间,以此获取目标的准确位置,解决了现有技术中由于自带的RTC时钟系统精度低导致的无法精确定位目标所在位置的问题。另外,本实施例提高的自容式水听器装置还具有结构简单易于实现的优势。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明提供的自容式水听器装置的结构框图;
图2为本发明提供的自容式水听器装置的具体实施方式结构框图;
图3为本发明提供的水听器的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案,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,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包括,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或自容式水听器装置不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或自容式水听器装置固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种自容式水听器装置,图1是根据本发明实施例提供的自容式水听器装置100的结构框图,如图1所示,包括:依次电连接的水听器110、调理板120、信号处理板130、存储板140和GPS模块150;
所述水听器110用于将水声信号转换成电信号;
所述调理板120用于将所述电信号进行放大处理得到放大信号;
所述信号处理板130用于将所述放大信号进行模数转换处理得到处理信号;
所述存储板140用于存储所述处理信号以及存储RTC模块的工作时间,并存储水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间,且能够将所述处理信号、RTC模块的工作时间、水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间上传至上位机;
所述GPS模块150用于获取定位装置的定位数据,并对所述定位数据进行解析后得到水声信号的起始采集GPS时间以及终止采集的GPS时间。
通过上述自容式水听器装置,设置GPS模块,能够分别记录工作开始的GPS时间以及工作结束的GPS时间,以此获取目标的准确位置,解决了现有技术中由于自带的RTC时钟系统精度低导致的无法精确定位目标所在位置的问题。另外,本实施例提高的自容式水听器装置还具有结构简单易于实现的优势。
下面结合图2对本发明实施例提供的自容式水听器装置的具体工作过程进行详细描述。
具体地,为了方便自容式水听器的工作,所述自容式水听器装置还包括:电池,所述电池与所述信号处理板电连接,所述电池能够为所述信号处理板的工作提供电源供应,且所述信号处理板还能够将所述电池提供的电源分配至所述调理板和所述存储板
优选地,所述电池的电池容量为550wh。
可以理解的是,通过选用550wh容量的电池,可以延长自容式水听器装置的工作时间。
优选地,所述存储板140包括512G的SD存储卡,这样可以使得自容式水听器装置长时间工作。采用512G的SD存储卡可以使得自容式水听器装置连续工作至少22天。
具体地,为了实现自容式水听器装置与上位机的通信连接,所述自容式水听器装置还包括:通信模块,所述存储板与所述上位机通过所述通信模块通信连接。
优选地,所述通信模块包括无线通信模块。
具体地,所述调理板用于将所述电信号进行固定增益放大和程控放大得到放大信号。
具体地,所述调理板包括ADC模块,优选地,所述ADC可以AD7768,最大输入带宽为110.8KHz,24位采样,动态范围满足深海探测需求。
具体地,信号处理板主要实现A/D的高速采集、TVG控制和数据的实时上传;所述信号处理板包括FPGA。
进一步优选地,FPGA选用赛灵思的A7系列芯片,满足高速采集的需求。
具体地,所述存储板包括主控芯片。
优选地,所述主控芯片选用STM32F7,移植EXFAT文件系统实现数据的实时存储,以及GPS的数据接收。
水听器110采用耐深水的压电陶瓷圆管水听器,通过螺杆对称安装在聚氨酯密封桶的上下法兰上,两只圆管水听器信号线采用并联方式,统一由两根信号线引出至调理板120;调理板120将信号放大后通过两根差分线将信号传至信号处理板130,信号处理板130将采集后的信号通过422串口传至存储板140;电池将2跟电源线连至信号处理板130,信号处理板130再将电源传给调理板120和存储板140;GPS模块150与存储板140之间通过422串口连接,预留出天线。其中信号处理板130、调理板120、存储板140之间通过板对板连接器进行连接,电池供电和水听器信号采用焊接的方式连接。
水听器采用尺寸为φ30×φ24×16mm的P51压电圆管,其电容量约为2.1nF,谐振点在35kHz左右,工作频带远低于其谐振频率,具有平坦的低频频响特性。
Figure BDA0002250171950000041
Ml=20·lg(M);
其中,M表示接收灵敏度,Ml表示接收灵敏度级,a表示陶瓷管内半径,b表示陶瓷管外半径,g33与g31表示陶瓷管压电常数。
由上式计算得出该尺寸的P-51圆管水听器灵敏度约为-193dB(ref:1V/μPa)。
水听器由上盖板、压电陶瓷圆管、下盖板及引出电极构成,外部整体包覆灌注2mm厚聚氨酯。
作为本发明的另一实施例,提供一种自容式水听器系统,其中,包括:上位机、定位装置和前文所述的自容式水听器装置,所述上位机与所述自容式水听器装置中的存储板通信连接,所述定位装置与所述自容式水听器装置中的GPS模块通信连接,所述上位机能够控制所述自容式水听器装置的工作,且能够对所述自容式水听器装置中的存储板上传的处理信号进行处理,以及能够对所述自容式水听器装置中的存储板上传的RTC模块的工作时间、水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间进行处理,得到所述自容式水听器装置工作所对应的准确时间。
通过上述自容式水听器系统,采用前文的自容式水听器装置,设置GPS模块,能够分别记录工作开始的GPS时间以及工作结束的GPS时间,以此获取目标的准确位置,解决了现有技术中由于自带的RTC时钟系统精度低导致的无法精确定位目标所在位置的问题。另外,本实施例提高的自容式水听器系统还具有结构简单易于实现的优势。
优选地,所述定位装置包括北斗定位模块。
具体地,GPS模块实现将ATK-S1216GPS+北斗定位模块发来的数据进行解析并上传至自容式水听器。
本实施例提供的自容式水听器系统工作流程如下:连接GPS天线至空旷区域,连接自容式水听器装置的对外通信口至上位机,上位机按下自容式水听器装置的开始工作按钮后,存储板记录当前GPS时间,此时,存储板控制信号处理板开始工作,自容水听器正常工作后,即可封仓下水,此时,自容式水听器装置的时间是由CPU内部的RTC模块计时,待工作完成打捞上岸后,再次连接上位机,按下停止按钮,存储板记录当前时间数据并停止采集,并记录下当前RTC计时的时间,自容式水听器装置停止工作。这样,在SD卡中存储了起始和终止时刻的GPS准确时间,以及采集到的水声数据。后期通过对比GPS最终时间与RTC时间即可获取工作时间的误差,平均至整个工作时间即可获取准确的每个数据对应的准确时间。该装置可以很好的排除由于RTC模块计时或者晶振导致的计时误差,有利于自容水听器在高速航行的情况下后期能准确的找到对应的目标。另外该装置海配备了高耐压的钛合金电子仓,大容量的电池以及大容量的SD卡,可保证该装置在深海长时间工作。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自容式水听器装置,其特征在于,包括:依次电连接的水听器、调理板、信号处理板、存储板和GPS模块;
所述水听器用于将水声信号转换成电信号;
所述调理板用于将所述电信号进行放大处理得到放大信号;
所述信号处理板用于将所述放大信号进行模数转换处理得到处理信号;
所述存储板用于存储所述处理信号以及存储RTC模块的工作时间,并存储水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间,且能够将所述处理信号、RTC模块的工作时间、水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间上传至上位机;
所述GPS模块用于获取定位装置的定位数据,并对所述定位数据进行解析后得到水声信号的起始采集GPS时间以及终止采集的GPS时间。
2.根据权利要求1所述的自容式水听器装置,其特征在于,所述自容式水听器装置还包括:电池,所述电池与所述信号处理板电连接,所述电池能够为所述信号处理板的工作提供电源供应,且所述信号处理板还能够将所述电池提供的电源分配至所述调理板和所述存储板。
3.根据权利要求2所述的自容式水听器装置,其特征在于,所述电池的电池容量为550wh。
4.根据权利要求1所述的自容式水听器装置,其特征在于,所述自容式水听器装置还包括:通信模块,所述存储板与所述上位机通过所述通信模块通信连接。
5.根据权利要求4所述的自容式水听器装置,其特征在于,所述通信模块包括无线通信模块。
6.根据权利要求1所述的自容式水听器装置,其特征在于,所述调理板用于将所述电信号进行固定增益放大和程控放大得到放大信号。
7.根据权利要求1所述的自容式水听器装置,其特征在于,所述信号处理板包括FPGA。
8.根据权利要求1所述的自容式水听器装置,其特征在于,所述存储板包括主控芯片。
9.一种自容式水听器系统,其特征在于,包括:上位机、定位装置和权利要求1至8中任意一项所述的自容式水听器装置,所述上位机与所述自容式水听器装置中的存储板通信连接,所述定位装置与所述自容式水听器装置中的GPS模块通信连接,所述上位机能够控制所述自容式水听器装置的工作,且能够对所述自容式水听器装置中的存储板上传的处理信号进行处理,以及能够对所述自容式水听器装置中的存储板上传的RTC模块的工作时间、水声信号的起始采集的GPS时间以及终止采集的GPS时间进行处理,得到所述自容式水听器装置工作所对应的准确时间。
10.根据权利要求9所述的自容式水听器系统,其特征在于,所述定位装置包括北斗定位模块。
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