CN202869636U - 燃料动力无人潜器的振动与自噪声监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料动力无人潜器的振动与自噪声监测系统，该系统主要由水听器、三轴加速度计、信号调理板、电源模块、通信天线、无线通信模块、多通道数据采集记录设备、以及水听器适配安装座、过舱电缆等构成。水听器、加速度计所感知接收到的信号通过过舱电缆传输到信号调理板，处理后输入到无线通信模块，经过无线通信模块的传输，发送到多通道数据采集记录设备。采用该系统能够实时对无人潜器水下航行时的振动与自噪声进行监测记录。

Description

燃料动力无人潜器的振动与自噪声监测系统

技术领域

实用新型涉及一种用于监测水下无人潜器自身工作状态的系统，具体涉及一种燃料动力无人潜器振动与自噪声监测系统。 

背景技术

采用燃料动力推进的无人潜器是水下航行器的一个重要发展方向，它工作时类似于通气管航行状态下的常规潜艇，内燃机由顶端探出水面的通气管所提供的空气助燃工作。由于某些特殊应用领域内的水下无人潜器对自身的隐身性能有相应的要求，而且要考虑自身辐射噪声对所搭载的声学设备造成的干扰影响，这就需要对无人潜器水下航行时的振动与自噪声进行记录监测，为无人潜器总体结构设计与优化改进提供参考材料。此外，螺旋桨“空化”现象对推进系统的危害已经逐渐为大家所知，而由于螺旋桨桨叶达到空化临界转速时，其噪声声级会明显的增高，因此可以利用噪声监测装置对无人潜器螺旋桨工作状态进行监测与分析研究。 

水下潜器的噪声水平是衡量其隐蔽性能的重要指标，对于采用燃料动力推进的水下潜器而言，其自噪声通常认为主要由以下噪声源组成：水下潜器的发动机、传动装置等机械在运动过程中产生振动，通过底座传递到潜器壳体，引起壳体振动而向水介质中辐射噪声声波；螺旋桨在水介质中的空化噪声、螺旋桨旋转和桨叶振动产生的噪声；还有流噪声以及水流作用于潜器空腔、板和加强筋引起共振产生的水动力噪声。因此监测水下潜器的自噪声与振动情况，能够查找潜器主要噪声源，为通过减振降噪设计提高隐身性能提供参考数据，避免对自身搭载的水声设备造成干扰，同时还能对潜器航行时的工作状态进行监测。 

应用于水下无人潜器的振动与自噪声监测设备不同于其它载人潜器上采用的常规设备，若将数据记录设备安装于潜器仪器舱内，不便于人工进行直接操作与干预，也不便于实时观察所测得的数据；且无人潜器内部的安装空间有限，数据记录设备体积与重量受到相应的限制，不便系统升级改进与存储容量的扩展。 

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种燃料动力无人潜器的振动与自噪声监测系统，能够实时对无人潜器水下航行时的振动与自噪声进行监测记录，以便在系统工作出现异常情况及时进 行人工干预。 

所述燃料动力无人潜器振动与自噪声监测系统包括无线通信模块、信号采集与处理模块、电源模块和多通道数据采集记录仪。其中无线通信模块包括通信天线、水下发射机和通信接收机。信号采集与处理模块包括信号调理板、水听器、水听器适配安装座、过舱电缆和三轴加速度计。所述通信接收机和多通道数据采集记录仪均位于岸上。 

其连接关系为：所述通信天线安装在水下无人潜器通气管顶部，水听器通过水听器适配安装座安装在水下无人潜器靠近螺旋桨的尾部壳体的外表面上。三轴加速度计、信号调理板和水下发射机均安装在水下无人潜器壳体的内表面。所述水听器通过过舱电缆与信号调理板连接，水听器用于监测无人潜器的自噪声信号。所述三轴加速度计通过电缆与信号调理板连接，三轴加速度计用于监测无人潜器在其各轴方向上的振动信号。所述水下发射机通过电缆与信号调理板连接，水下发射机通过通信天线与岸上的通信接收机通信。通信接收机与多通道数据采集记录仪连接。 

无人潜器的动力系统通过电源模块为信号调理板和水下发射机供电。所述电源模块由中频发电机、整流稳压器以及电源滤波器构成，电源模块中的中频发电机与无人潜器的推进器传动系统相连，利用无人潜器内燃机提供的动力转化产生的电能为信号调理电路板与水下发射机供电。 

有益效果： 

（1）考虑到燃料动力无人潜器的通气管工作时有部分在水面以上，本实用新型将通信天线安装在上面，利用无线通信设备把测量数据传输到岸上的记录设备。 

（2）本实用新型针对燃料动力推进的无人潜器结构特点，采用无线通信模块将加速度计、水听器采集到的潜器水下航行时的振动与自噪声信号传输到岸上数据记录设备，减小潜器内部所占用的安装空间，达到能够实时观察监测数据，提高监测系统数据记录容量的可扩展性，并同时达到调试方便、使用简单的效果。 

附图说明

图1为该系统在燃料动力水下无人潜器的安装结构示意图； 

图2为振动与自噪声监测系统框图。 

其中：1-通信天线、2-水下发射机、3-信号调理板、4-水听器、5-水听器适配安装座、6-电源模块、7-过舱电缆、8-三轴加速度计。 

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。 

本实施例提供一种燃料动力无人潜器振动与自噪声监测系统，能够实时监测燃料动力无人潜器的振动与自噪声数据，且系统调试方便、使用简单。 

该系统的结构如图1所示，包括无线通信模块、信号调理板3、水听器4、水听器适配安装座5、电源模块6、过舱电缆7、以及三轴加速度计8和多通道数据采集记录仪。无线通信模块包括通信天线1、水下发射机2和通信接收机。其中水下发射机2位于无人潜器壳体内，通信接收机位于岸上，水下发射机2和通信接收机之间通过通信天线1实现通信。 

考虑到燃料动力无人潜器的通气管工作时有部分在水面以上，将通气管作为通信天线安装平台，通信天线1安装在通气管顶部，然后再利用无线通信设备把测量数据传输到岸上的记录设备。 

该系统的具体连接关系为：通信天线1安装在水下无人潜器通气管顶部，水听器4通过水听器适配安装座5安装在水下无人潜器靠近螺旋桨的尾部壳体上，水听器适配安装座5一方面对水听器4起到固定作用，另一方面在水听器4和潜器壳体之间装有阻尼材料的减振器，起到隔振的作用，减小潜器壳体振动对水听器4的影响。三轴加速度计8、信号调理板3和水下发射机2均安装在水下无人潜器壳体的内表面上。水听器4通过过舱电缆7与信号调理板3连接，水听器4的输出信号通过过舱电缆7输入到信号调理板3。三轴加速度计8通过电缆与信号调理板3连接，三轴加速度计8将其各轴方向上测得的振动信号分别输出给信号调理板3。信号调理板3与水下发射机2连接，信号调理板3将接收到的振动信号进行初步处理后输出给水下发射机2。位于岸上的通信接收机与多通道数据采集记录仪连接。无人潜器的动力系统通过电源模块6为信号调理板3和水下发射机2供电。 

在本实施例中电源模块6由中频发电机、整流稳压器以及电源滤波器等构成，它与无人潜器的推进器传动系统相连，利用潜器内燃机提供的动力转化产生电能为监测系统的水下部分供电。信号调理板3上的电路是由场效应管等分立元件构成的跟随器，或者是集成运算放大器构成的电荷放大器、电压放大器等电路结构。无线通信模块为通用型无线数据发送接收设备，如和成系统有限公司(Integrated System Ltd的TEL8/16/32系列小型多通道数字通信系统。多通道数据采集记录仪为通用型数据采集记录设备，如LTT Sensorcorder系列传感器记录仪。 

该系统的工作过程为： 

101：无人潜器的燃料动力发动机工作时，监测系统电源模块内部的中频发电机开始工作，产生交流电，再经过整流、稳压处理后产生直流稳压电源提供给信号调理电路板3与水下发 射机2，使这两部分电路能够正常工作。 

102：水听器4将接收到的噪声信号转变为电信号输出给信号调理电路板3，信号调理电路板3对接收到的噪声信号进行阻抗匹配与放大、抗混叠滤波处理。 

同样，三轴加速度计8将将其各轴方向上测得的无人潜器的振动信号转变为电信号输出给信号调理电路板3，信号调理电路板3对接收到的振动信号进行阻抗匹配与放大、抗混叠滤波处理。 

103：水下发射机2对多通道信号（3组振动信号和1组噪声信号）同时采样，并将采集到的信号调制后通过通信天线1发送给通信接收机。 

104：通信接收机将接收到的信号解调后，输入给多通道数据采集记录仪，多通道数据采集记录仪对接收到的数据进行近乎实时的观察与分析。 

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (2)

1.燃料动力无人潜器的振动与自噪声监测系统，其特征在于，包括无线通信模块、信号采集与处理模块、电源模块（6）和多通道数据采集记录仪；其中无线通信模块包括通信天线（1）、水下发射机（2）和通信接收机；信号采集与处理模块包括信号调理板（3）、水听器（4）、水听器适配安装座（5）、过舱电缆（7）和三轴加速度计（8）；所述通信接收机和多通道数据采集记录仪均位于岸上； 

其连接关系为：所述通信天线（1）安装在水下无人潜器通气管顶部，水听器（4）通过水听器适配安装座（5）安装在水下无人潜器靠近螺旋桨的尾部壳体的外表面上；三轴加速度计（8）、信号调理板（3）和水下发射机（2）均安装在水下无人潜器壳体的内表面；所述水听器（4）通过过舱电缆（7）与信号调理板（3）连接，水听器（4）用于监测无人潜器的自噪声信号；所述三轴加速度计（8）通过电缆与信号调理板（3）连接，三轴加速度计用于监测无人潜器在其各轴方向上的振动信号；所述水下发射机（2）通过电缆与信号调理板（3）连接，水下发射机（2）通过通信天线（1）与岸上的通信接收机通信；通信接收机与多通道数据采集记录仪连接；无人潜器的动力系统通过电源模块（6）为信号调理板（3）和水下发射机（2）供电。 

2.如权利要求1所述的燃料动力无人潜器的振动与自噪声监测系统，其特征在于，所述电源模块（6）由中频发电机、整流稳压器以及电源滤波器构成，电源模块（6）中的中频发电机与无人潜器的推进器传动系统相连，利用无人潜器内燃机提供的动力转化产生的电能为信号调理电路板（3）与水下发射机（2）供电。 

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