CN114465193B - 一种水下声波的发生装置、控制方法、系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水下声波的发生装置、控制方法、系统和存储介质，其中，装置包括：传输线，用于传输信号，所述传输线至少包括第一电缆和第二电缆两条电缆，所述传输线的分布电感和分布电容参数是连续的；所述第一电缆上施加有脉冲信号，用于产生电磁场，所述第二电缆受到所述第一电缆产生的电磁场的作用力，产生声波，其中，所述第一电缆和所述第二电缆之间相互绝缘；脉冲电源，用于为所述装置提供脉冲信号，所述脉冲电源的输出极与所述第一电缆连接，所述脉冲电源的输入极与所述第二电缆连接。本申请能够使电缆连续振动和声波辐射，即传输线上的每个点位都可以产生振动和声波辐射，并且可以定制电缆的长度。

Description

一种水下声波的发生装置、控制方法、系统和存储介质

技术领域

本申请涉及水下声源技术领域，尤其涉及一种水下声波的发生装置、控制方法、系统和存储介质。

背景技术

水声是水中信息传递的主要媒介。声源是水声系统的核心之一。声源的主要作用是产生需要声波信号。相关技术实现水下声源的方法是通过多个点声源在一维空间组合形成线声源，线声源的长度决定线声源工作波长、点源间距等参数，这些参数对线声源的声学特性有重要影响，尤其指向性方面。具体为：当工作波长越小，间距越大，线源的指向性越高，因此对于现有声源，水下声波发生装置的线源系统复杂，且线声源长度有限，无法实现在较远距离条件下柱面波传播。

因此，相关技术存在的上述技术问题亟待解决。

发明内容

本申请旨在解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请实施例提供一种水下声波的发生装置、控制方法、系统和存储介质，能够在水下产生连续的脉冲声波。

根据本申请实施例一方面，提供一种水下声波的发生装置，所述装置包括：

传输线，用于传输信号，所述传输线至少包括第一电缆和第二电缆两条电缆，所述传输线的分布电感和分布电容参数是连续的；

所述第一电缆上施加有脉冲信号，用于产生电磁场，所述第二电缆受到所述第一电缆产生的电磁场的作用力，产生声波，其中，所述第一电缆和所述第二电缆之间相互绝缘；

脉冲电源，用于为所述装置提供脉冲信号，所述脉冲电源的输出极与所述第一电缆连接，所述脉冲电源的输入极与所述第二电缆连接。

在其中一个实施例中，所述第一电缆为高压电缆，所述第二电缆为低压电缆。

在其中一个实施例中，所述第一电缆和所述第二电缆的位置关系包括：

所述第一电缆与所述第二电缆相互平行，或，

所述第一电缆与所述第二电缆相互绞合，或，

所述第一电缆与所述第二电缆为同轴电缆。

在其中一个实施例中，所述脉冲电源为高压大电流脉冲电源，包括变压模块、高压电容器、放电开关和控制器，所述脉冲电源的单脉冲能量为1000焦耳，输出电压峰值为1600伏特。

在其中一个实施例中，所述传输线为40米长的4芯高压电缆，包括4条相互绝缘的截面面积为6平方毫米的电缆。

在其中一个实施例中，所述装置还包括负载，所述负载包括电感或电阻，用于限制所述装置的电流变化。

在其中一个实施例中，所述负载包括感性负载和阻性负载。

根据本申请实施例一方面，提供一种水下声波的发生装置的控制方法，所述装置至少包括第一电缆、第二电缆，所述方法包括：

将需要发生的声波信号转换为脉冲信号；

将所述脉冲信号输入所述第一电缆。

根据本申请实施例一方面，提供一种水下声波的发生系统，包括如前面实施例所述的装置。

根据本申请实施例一方面，提供一种存储介质，所述存储介质存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序被处理器执行时实现如前面实施例所述的控制方法。

本申请实施例的有益效果为：本申请传输线的分布电感和分布电容是连续的，因此脉冲电磁场分布均匀，使得电缆振动和声波辐射也是连续的，即传输线上的每个点位都可以产生振动和声波辐射；本申请的声源系统简单，传输线即为换能器，由于电缆的长度可以任意定制，且是柔性的，因此与常规陶瓷换能器相比更容易施工作业。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例提供的一种水下声波的发生装置的示意图；

图2为本申请实施例提供的第一电缆激励示意图；

图3为本申请实施例提供的一种水下声波的发生装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

水声是水中信息传递的主要媒介。声源是水声系统的核心之一。声源的主要作用是产生需要声波信号。相关技术实现水下声源的方法是通过多个点声源在一维空间组合形成线声源，线声源的长度决定线声源工作波长、点源间距等参数，这些参数对线声源的声学特性有重要影响，尤其指向性方面。具体为：当工作波长越小，间距越大，线源的指向性越高，因此对于现有声源，固定间距组合的线源在不同频段具有不同的指向性，很难对性能指标进行准确描述，而且传统组合的线源系统复杂，长度有限，无法实现在较远距离条件下柱面波传播。

针对上述问题，本申请提出了一种水下声波的发生装置、控制方法、系统和存储介质，具体如下。

图1为本申请实施例提供的一种水下声波的发生装置的示意图，参考图1，本申请提出的一种水下声波的发生装置包括：传输线，用于传输信号，所述传输线至少包括第一电缆2和第二电缆3两条电缆，所述传输线的分布电感和分布电容参数是连续的；所述第一电缆2上施加有脉冲信号，用于产生电磁场，所述第二电缆3受到所述第一电缆2产生的电磁场的作用力，产生声波，其中，所述第一电缆2和所述第二电缆3之间相互绝缘；脉冲电源1，用于为所述装置提供脉冲信号，所述脉冲电源1的输出极与所述第一电缆2连接，所述脉冲电源1的输入极与所述第二电缆3连接。

需要说明的是，本申请中的传输线至少包括第一电缆2和第二电缆3，即，本申请中的传输线还可以包括第三电缆、第四电缆等多条电缆，这是因为本申请中第一电缆2接收脉冲信号所产生的电磁场是以第一电缆2为轴向四周发散的，其他电缆在第一电缆2所产生的磁场范围内都能够收到力的作用而产生振动，因此本申请中的传输线至少包括两条。

可选地，本申请提出的一种水下声波的发生装置还包括负载3，所述负载3包括电感或电阻，用于限制所述装置的电流变化，可选地，所述负载3可以是感性负载也可以是阻性负载，当负载3使用电阻元件限制装置的电流变化时，负载3即为阻性负载；当负载3使用电感元件限制装置的电流变化时，负载3即为感性负载，使用哪种元件限制所述装置的电流变化可以由技术人员根据实际需要进行灵活设置。需要说明，负载3的类型不仅可以为感性负载和阻性负载，其他类型的负载(例如功耗用电器等)只要能够起到限制装置的电流的功能，也可以充当本申请实施例中的负载3，本说明书不作具体限制。

可选地，本申请实施例中所述第一电缆2为高压电缆，所述第二电缆3为低压电缆。高压电缆是指能够承载高压电信号的电缆，低压电缆是指能够承载低压电信号的电缆，本实施例中由于第一电缆2需要接收脉冲电源发出的高压脉冲电信号，因此需要将第一电缆2设置为能够承载高压电信号的高压电缆，第二电缆3没有高压电流过，因此不需要使用高压电缆，只需要选用低压电缆即可，节约装置的材料成本。

在本实施例中，所述第一电缆2和所述第二电缆3的位置关系包括：所述第一电缆与所述第二电缆相互平行，或，所述第一电缆与所述第二电缆相互绞合，或，所述第一电缆与所述第二电缆为同轴电缆。本实施例给出了第一电缆2和第二电缆3的三种位置关系，分别为平行、绞合和同轴，本申请第一电缆2和所述第二电缆3的位置关系包括但不限于这三种位置关系，其他能够实现本申请技术效果的位置关系都可以是本申请中第一电缆2和所述第二电缆3的位置关系，本说明书不作具体限制。

可选地，本实施例中的脉冲电源可以为高压大电流脉冲电源，包括变压模块、高压电容器、放电开关和控制器，所述脉冲电源的单脉冲能量为1000焦耳，输出电压峰值为1600伏特。由于本申请的装置需要在水中运行，受到水产生的阻力较大，本实施例中第二电缆3需要受到足够大的磁场的作用力才能够针对并发生声波，因此本申请中的脉冲电源需要能够产生高电压和高电流的电源，高电流能够产生高强度的磁场，使第二电缆3受到的作用力更大，更容易产生声波。

可选地，本申请所述传输线为40米长的4芯高压电缆，包括4条相互绝缘的截面面积为6平方毫米的电缆。

上述实施例说明，本申请提出的一种水下声波的发生装置的优点在于：

(1)由于传输线的分布电感、分布电容等参数是连续的，因此脉冲电磁场分布均匀，电缆振动和声波辐射也是连续的，即传输线上的每个点位都可以产生振动和声波辐射。

(2)声源系统简单，传输线即为换能器，其长度可以任意定制，且是柔性的，与常规陶瓷换能器相比更容易施工作业。

基于上述优点，本申请提出的一种水下声波的发生装置能够解决相关技术中水下声波发生装置的线源系统复杂，且线声源长度有限，无法实现在较远距离条件下柱面波传播的问题。

图2为本申请实施例提供的第一电缆激励示意图。参考图2，说明本申请实施例传输线的连接方式：脉冲电源与负载之间通过传输线进行连接，第一电缆的工作原理类似图2中的多个电阻-电感-电容的电路结构组成的传输线，当输入脉冲信号时第一电缆将产生电流激励，对应产生电磁场响应。需要说明的是，图2是以多个微观小电路组成传输线模拟说明第二电缆的工作原理以及工作产生的效果，实际上本申请中第二电缆不包含上述电路。

本申请还提出了一种水下声波的发生装置的控制方法，参考图3，所述装置至少包括第一电缆、第二电缆，所述方法包括：

S301、将需要发生的声波信号转换为脉冲信号。

S302、将所述脉冲信号输入所述第一电缆。

本实施例的控制方法能够用于控制前面实施例提出的水下声波的发生装置。

本申请还提出了一种水下声波的发生系统，包括如前面实施例所述的水下声波的发生装置。

本申请还提出了一种存储介质，所述存储介质存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序被处理器执行时实现如前面实施例所述的控制方法。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本申请的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本申请，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本申请是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本申请。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本申请的范围，本申请的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种水下声波的发生装置，其特征在于，所述装置包括：

传输线，用于传输信号，所述传输线至少包括第一电缆和第二电缆两条电缆，所述传输线的分布电感和分布电容参数是连续的；

所述第一电缆上施加有脉冲信号，用于产生电磁场，所述第二电缆受到所述第一电缆产生的电磁场的作用力，产生声波，其中，所述第一电缆和所述第二电缆之间相互绝缘；所述第一电缆和所述第二电缆的位置关系包括：所述第一电缆与所述第二电缆相互平行，或，所述第一电缆与所述第二电缆相互绞合，或，所述第一电缆与所述第二电缆为同轴电缆；

脉冲电源，用于为所述装置提供脉冲信号，所述脉冲电源的输出极与所述第一电缆连接，所述脉冲电源的输入极与所述第二电缆连接；所述脉冲电源为高压大电流脉冲电源，包括变压模块、高压电容器、放电开关和控制器，所述脉冲电源的单脉冲能量为1000焦耳，输出电压峰值为1600伏特。

2.根据权利要求1所述的一种水下声波的发生装置，其特征在于，所述第一电缆为高压电缆，所述第二电缆为低压电缆。

3.根据权利要求1所述的一种水下声波的发生装置，其特征在于，所述传输线为40米长的4芯高压电缆，包括4条相互绝缘的截面面积为6平方毫米的电缆。

4.根据权利要求1所述的一种水下声波的发生装置，其特征在于，所述装置还包括负载，所述负载包括电感或电阻，用于限制所述装置的电流变化。

5.根据权利要求4所述的一种水下声波的发生装置，其特征在于，所述负载包括感性负载和阻性负载。

6.一种水下声波的发生装置的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述的装置，所述装置至少包括第一电缆、第二电缆，所述方法包括：

将需要发生的声波信号转换为脉冲信号；

将所述脉冲信号输入所述第一电缆。

7.一种水下声波的发生系统，包括如权利要求1-5中任一项所述的装置。

8.存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序被处理器执行时实现如权利要求6所述的控制方法。