CN204009069U - 一种海底定位应答器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海底定位应答器，包括外壳及内部电子线路，还包括换能器，外壳包括外部壳体、内部壳体、堵头，堵头设于内部壳体开口端，内部壳体设于外部壳体内，内部电子线路包括如下模块：中央控制器、无线接收与处理、无线功率放大、发射信号源、发射驱动、发射功放、收发转换、放大接收、检波、电源，内部电子线路设于内部壳体内，换能器与收发转换模块连接，换能器设于内部壳体内。本实用新型低成本、小型化模块化、易维护维修。

Description

一种海底定位应答器

技术领域

本实用新型涉及海底电缆定位技术领域，尤其是涉及一种海底定位应答器。

背景技术

声学应答器应用于海洋地质勘探海底电缆定位系统中，利用超声测距原理测量海底电缆固定节点与航行中海面测量船之间距离，导航系统利用超短基线和无线传感器定位原理计算声学应答器坐标位置，从而估算海底电缆布放阵型，推算拖缆内检波器位置的一套系统中的一个测距节点，声学应答器工作于应答方式，与水面定位船只上船载声源构成一问一答的测距通道，通过计算水面船只发射声波时刻和应答器应答声波到达时刻的时间差，结合测量得到的海水声速计算精确的相互距离，水面船只在运动过程中，根据船只运动时GPS的运动轨迹，以多个测量点测量船只到应答器之间的距离，水面船只间隔一定的周期采集船只与应答器的距离，可以得到一组以测量距离为半径的定位球面，计算多个定位球面的交点即可得到海底声学应答器的地球物理位置；目前国内海底应答器产品多依赖进口，成本高、供货周期长、维护和维修不便等制约了应答器在国内的应用，国内院校和研究所开展了相关应答器技术研究和应用开发，并有一些试验样机供科学考察应用，但是由于价格高、体积重量庞大等原因未达到商用化普及。

发明内容

本实用新型是为了解决现有应答器成本较高、维护和维修不便的问题，提供一种低成本、小型化的、易维护维修的海底定位应答器。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种海底定位应答器，包括外壳及内部电子线路，还包括换能器，所述的外壳包括外部壳体、内部壳体、堵头，所述的内部壳体两端开口，所述的堵头设于内部壳体一个开口端，所述的内部壳体设于外部壳体内，所述的内部电子线路包括如下模块：中央控制器、无线接收与处理、无线功率放大、发射信号源、发射驱动、发射功放、收发转换、放大接收、检波、电源，所述内部电子线路设于内部壳体内，所述的换能器与收发转换模块连接，所述换能器设于内部壳体另一开口端。本方案中，中央处理器是声学应答器电路的核心，负责声学应答器电路各项功能的管理、分配和协调，负责编号设置和回应，负责声学接收信号识别和回应信号产生，负责电路整体的功耗管理等；无线接收与处理和功率放大模块是声学应答器与船载设备的无线接口，无线接收与处理电路接收船载设备发送的编号信息，处理数据送给中央处理器；功率放大电路将中央处理器送出的回应码通过换能器发射出去；声学信号源在中央处理器的控制下，产生中央处理器设定的发射信号，送给后续功放模块，用于声学信号的发射；驱动、功放和收发转换组成完整的声学发射电路，将信号源送出的小幅度信号放大成能够完成远距离传输的声学功率信号；放大接收和检波电路将换能器监听到的海洋噪声或者船载设备发射的信号通过一系列处理后送入中央处理器，供中央处理器提取信息等处理；电源电路将内置的电池组输出能量转换成各部分电路所需的电压，并受中央处理器控制切换；声学应答器外壳为电子线路、电池组和换能器提供水密组件，同时为声学应答器固定在海底电缆上提供结构强度。

作为优选，所述的外部壳体为圆柱形塑料壳体，所述外部壳体上设有若干对通孔，所述的内部壳体为圆柱形金属耐压壳，所述的堵头、换能器为柱形塞，所述堵头、换能器各设有两道密封圈槽。通孔方便将外部壳体固定捆扎在海底电缆上。

作为优选，所述的换能器采用纵向振子。换能器采用纵向振子，端面发射，换能器主要的参数包括阻抗-频率特性、发射响应、接收响应、指向性等参数。

作为优选，所述的中央控制器模块采用8位单片机。中央处理器电路采用低功耗的8位单片机，该单片机功耗可低至0.5μW。

作为优选，所述的无线接收与处理模块采用电感器作为无线接收天线。接收信号使用MOS三极管和电感电容构成的低功耗谐振回路，对接收信号进行放大和滤波；无线发射使用MOS三极管和电感电容构成的谐振功放电路，将放大后的信号通过电感辐射出去。

作为优选，所述的电源模块包括8个电池组成的电池组。电源电路将电池组提供的12V电压进行转换，提供5V持续电压给中央处理器供电；采用DC/DC提供24V电压给声学发射电路；提供可关断的5V电压给其他各部分电路。

因此，本实用新型具有如下有益效果：(1)低成本；(2)小型化模块化、易维护维修。

附图说明

图1是本实用新型的电子线路原理示意图。

图2是本实用新型的外部壳体的一种结构示意图。

图3是本实用新型的内部壳体的一种结构示意图。

图4是本实用新型的堵头的一种结构示意图。

图5是本实用新型的换能器的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

如图1至图5所示的实施例中，一种海底定位应答器，包括外壳及内部电子线路，还包括换能器1，外壳包括外部壳体2、内部壳体3、堵头4，内部壳体3两端开口，堵头4设于内部壳体3一个开口端，内部壳体3设于外部壳体2内，内部电子线路包括如下模块：中央控制器、无线接收与处理、无线功率放大、发射信号源、发射驱动、发射功放、收发转换、放大接收、检波、电源，内部电子线路设于内部壳体3内，换能器1与收发转换模块连接，换能器1设于内部壳体3另一开口端，外部壳体2为圆柱形塑料壳体，外部壳体2上设有成对通孔5，内部壳体3为圆柱形金属耐压壳，堵头4、换能器1为柱形塞，堵头4、换能器1各设有两道密封圈槽6，换能器1采用纵向振子，中央控制器模块采用8位单片机，无线接收与处理模块采用电感器作为无线接收天线，电源模块包括8个电池组成的电池组。

中央处理器电路采用低功耗8位单片机PIC18F2520构成；

无线接收使用电感器作为无线接收天线，接收信号使用MOS三极管和电感电容构成的低功耗谐振回路，对接收信号进行放大和滤波，无线发射使用MOS三极管和电感电容构成的谐振功放电路，将放大后的信号通过电感辐射出去；

信号源产生信号受中央处理器控制和配置，中央处理器输出含有编号信息的编码信号，配置给信号源，在中央处理器控制下，将编码信号调制到发射脉冲信号中；

功放对信号源信号进行驱动、功率放大、信号滤波、换能器匹配、收发转换等处理，最终与换能器匹配接口，驱动电路使用CMOS三极管和CD4002芯片组成的缓冲驱动电路，功率放大采用2片L8113S型MOS功率管组成的推挽功放，实现开关功率放大，匹配电路使用变压器和电感、电容组成的并联谐振回路，对换能器本身容性进行阻抗变换和匹配，收发转换使用开关二极管和限流电阻组成，实现功放输出大信号和换能器接收小信号送往接收电路相互之间的隔离；

接收电路采用CMOS三极管、电感、电容组成的谐振回路对换能器接收信号进行带宽内谐振放大、滤波等，信号检波后使用高速低功耗比较器对接收信号进行门限判决，一旦接收信号超过门限电平，触发中央处理器进行运算。

具体实施过程是，将本实用新型产品捆扎在海底电缆上，电源电路将电池组提供的12V电压进行转换，提供5V持续电压给中央处理器供电，采用DC/DC提供24V电压给声学发射电路，提供可关断的5V电压给其他各部分电路；无线接收与处理电路接收船载设备发送的编号信息，处理数据送给中央处理器；功率放大电路将中央处理器送出的回应码通过换能器发射出去；声学信号源在中央处理器的控制下，产生中央处理器设定的发射信号，送给后续功放模块，用于声学信号的发射；驱动、功放和收发转换将信号源送出的小幅度信号放大成能够完成远距离传输的声学功率信号；放大接收和检波电路将换能器监听到的海洋噪声或者船载设备发射的信号通过一系列处理后送入中央处理器，供中央处理器提取信息处理。

Claims (6)

1.一种海底定位应答器，包括外壳及内部电子线路，其特征在于，还包括换能器，所述的外壳包括外部壳体、内部壳体、堵头，所述的内部壳体两端开口，所述的堵头设于内部壳体一个开口端，所述的内部壳体设于外部壳体内，所述的内部电子线路包括如下模块：中央控制器、无线接收与处理、无线功率放大、发射信号源、发射驱动、发射功放、收发转换、放大接收、检波、电源，所述内部电子线路设于内部壳体内，所述的换能器与收发转换模块连接，所述换能器设于内部壳体另一开口端。

2.根据权利要求1所述的一种海底定位应答器，其特征是，所述的外部壳体为圆柱形塑料壳体，所述外部壳体上设有若干对通孔，所述的内部壳体为圆柱形金属耐压壳，所述的堵头、换能器为柱形塞，所述堵头、换能器各设有两道密封圈槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种海底定位应答器，其特征是，所述的换能器采用纵向振子。

4.根据权利要求1所述的一种海底定位应答器，其特征是，所述的中央控制器模块采用8位单片机。

5.根据权利要求1所述的一种海底定位应答器，其特征是，所述的无线接收与处理模块采用电感器作为无线接收天线。

6.根据权利要求1所述的一种海底定位应答器，其特征是，所述的电源模块包括8个电池组成的电池组。