CN206389284U - 一种多波束测深仪多路相控发射机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多波束测深仪多路相控发射机。包括信号产生单元、电源单元、储能单元、电路桥接单元、多路发射电路处理单元和多个发射换能器阵元，其中，每路发射电路处理单元包括隔离电路、保护驱动电路和功率放大电路，电源单元包括第一固定DC‑DC电源模块、第二固定DC‑DC电源模块、第一可调DC‑DC电源模块和控制单元，第一固定DC‑DC电源模块与隔离电路和保护驱动电路相连；第二固定DC‑DC电源模块与控制单元相连；控制单元与第一可调DC‑DC电源模块相连；第一可调DC‑DC电源模块与储能单元相连。本实用新型可通过调节电压的高低来调节发射换能器阵元的声源级，避免能量过弱或二次回波过强的现象发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋探测领域，尤其涉及一种多波束测深仪多路相控发射机。
背景技术
图像声呐即利用声波的成像系统，比普通声呐具有更高的分辨率，可以提供水下目标外形轮廓的更多细节描述，而不是把水下目标看成一个点目标。成像时，能够提供高质量的图像，可以对目标进行进一步的跟踪和识别。为了使得图像声呐具有更高的分辨率，单一换能器已经无法满足需求，而要用换能器阵来实现。发射系统是图像声呐的重要组成部分，由于负载是换能器阵结构，这就需要用到波束形成技术，即要用到相控发射系统。现有的相控发射机硬件规模比较大，不适合在水下小平台载体上搭载使用。另一方面，电源系统输出电压不可调节，导致声源级不可调，提供不合适的能量来处理接收到的数据，会出现能量过弱或二次回波过强的现象。与此之外，发射换能器阵元所需的大功率电源电压无法受到保证。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，从而提供了一种多波束测深仪多路相控发射机。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种多波束测深仪多路相控发射机。该发射机包括信号产生单元、电源单元、储能单元、电路桥接单元、多路发射电路处理单元和多个发射换能器阵元，
所述信号产生单元与电路桥接单元相连，用以产生多路差分信号；
所述电路桥接单元与所述多路发射电路处理单元和多个发射换能器阵元分别相连，用以将产生的差分信号送至发射电路处理单元，每路差分信号对应一路发射电路处理单元，每路发射电路处理单元对应一个发射换能器阵元；
所述每路发射电路处理单元包括隔离电路、保护驱动电路和功率放大电路，用以将每路差分信号进行隔离、保护驱动和功率放大后送入对应的发射换能器阵元；
所述电源单元包括第一固定DC-DC电源模块、第二固定DC-DC电源模块和第一可调DC-DC电源模块和控制单元，第一固定DC-DC电源模块与隔离电路和保护驱动电路相连，用以向隔离电路和保护驱动电路提供固定电压；第二固定DC-DC电源模块与控制单元相连，用以向控制单元提供固定电压；控制单元与第一可调DC-DC电源模块相连，用以控制第一可调DC-DC电源模块，实现输出电压大小的调节；第一可调DC-DC电源模块与储能单元相连，用以输出可调电压并进行储能后再供给功率放大电路。
优选地，所述信号产生单元由FPGA器件实现。
优选地，所述储能单元包括多个并联电容。
优选地，所述电路桥接单元包括多个变压器。
优选地，所述隔离电路包括光电耦合器。
优选地，所述保护驱动电路包括触发器、与门、驱动器和反馈电路，所述触发器与与门相连，与门与驱动器和反馈电路相连，反馈电路与触发器相连，与门输出的信号经反馈电路处理后输入到触发器，触发器输出的差分信号分别与输入端差分信号通过与门进行逻辑运算后输出至驱动器。
优选地，所述功率放大电路采用MOS管D类推挽放大电路。
本实用新型的多路相控发射机采用的多路发射电路，能够克服单路发射电路功率受限的问题，通过多路发射电路并联使用来提高发射换能器阵元的声源级，同时在保证声源级的前提下，减小电路体积，实现发射换能器阵元高效、稳定工作。另一方面，多路相控发射机采用电源可调及大电容储能技术，针对不同水深时，通过调节电压的高低来调节发射换能器阵元的声源级，这样可以提供合适的能量来处理接收到的数据，不至于出现能量过弱或二次回波过强的现象；采用大电容储能技术可以保证发射换能器阵元所需的大功率电源电压。
附图说明
图1为本实用新型的一种多波束测深仪多路相控发射机的结构框图；
图2为图1中电源单元和发射电路处理单元的具体结构框图；
图3为本实用新型的发射电路处理单元的保护驱动电路的结构示意图；
图4为本实用新型的发射电路处理单元的功率放大电路的结构示意图；
图5为本实用新型的电路桥接单元的结构示意图；
图6为本实用新型的储能单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。
请参阅图1至图2，本实用新型的一种多波束测深仪多路相控发射机一个实施例，包括：信号产生单元、电源单元、储能单元、电路桥接单元、多路发射电路处理单元和多个发射换能器阵元。
信号产生单元与电路桥接单元相连，主要负责产生多路差分信号。
电路桥接单元与多路发射电路处理单元和多个发射换能器阵元分别相连，用以将产生的差分信号送至多路发射电路处理单元，每路差分信号对应一路发射电路处理单元，每路发射电路处理单元对应一个发射换能器阵元。
每路发射电路处理单元包括隔离电路、保护驱动电路和功率放大电路，用以将每路差分信号进行隔离、保护驱动和功率放大后送入对应的发射换能器阵元。这是由于信号产生单元发出的差分PWM信号较弱，需经过保护放大等一系列处理后，方可输出到发射换能器阵元端。
电源单元包括第一固定DC-DC电源模块、第二固定DC-DC电源模块和第一可调DC-DC电源模块和控制单元。
第一固定DC-DC电源模块与隔离电路和保护驱动电路相连，用以向隔离电路和保护驱动电路提供固定电压；第二固定DC-DC电源模块与控制单元相连，用以向控制单元提供固定电压；控制单元与第一可调DC-DC电源模块相连，用以控制第一可调DC-DC电源模块，实现输出电压大小的调节；第一可调DC-DC电源模块与储能单元相连，用以输出可调电压并进行储能后再供给功率放大电路。采用电源可调及大电容储能技术，针对不同水深时，通过调节电压的高低来调节发射换能器阵元的声源级，这样可以提供合适的 能量来处理接收到的数据，不至于出现能量过弱或二次回波过强的现象；采用大电容储能技术可以保证发射换能器阵元所需的大功率电源电压。
每个发射换能器阵元主要各自接收的差分电信号转换成声呐信号发出。
其中，信号产生单元可由FPGA器件来实现，而每路发射电路处理单元中隔离电路可通过光电耦合器来实现。隔离电路主要对信号产生单元发送过来的差分PWM信号进行隔离处理，并提高信号的驱动能力。
以上是对本实用新型提供的一种多波束测深仪多路相控发射机的一个实施例进行详细的描述，以下将对本实用新型提供的发射电路处理单元的保护驱动电路的一个实施例进行详细的描述。
请参阅图3，本实用新型实施例提供了发射电路处理单元的保护驱动电路的一个实施例，由图3可知，保护驱动电路主要由触发器、与门和驱动器组成，与门输出的信号经过反馈电路处理后，输入到触发器中，然后触发器输出的差分信号分别与输入端差分PWM信号通过与门进行逻辑运算，这样可实现对差分PWM信号的最大脉宽限制及避免差分PWM信号出现同时高电平的现象，烧坏后端的功率放大管；与门输出的差分PWM信号再经过驱动器提高驱动能力。
以上是对本实用新型提供的发射电路处理单元的保护驱动电路的一个实施例进行详细的描述，以下将对本实用新型提供的发射电路处理单元的功率放大电路的一个实施例进行详细的描述。
请参阅图4，本实用新型实施例提供了发射电路处理单元的功率放大电路的一个实施例，由图4可知，功率放大电路采用MOS管D类推挽放大电路，D类放大器有效率高的优点，最高效率可达90％以上，尤其是在感性负载的情况下，效率可更高。其工作原理是：当差分PWM信号输入后，当Q1导通时Q2截止，+48V可调电压注入变压器，经过初级线圈上半部分，通过Q1流入电源地；变压器的初级线圈中有从下向上的电流，次级线圈中感应出从下向上的电流。同样，当Q2导通时Q1截止，次级线圈中感应出从上向下的电流；这样两个半周期的信号结过变压器耦合后在变压器次级拼成完整的信号，经过发射换能器阵元发射出去。
以上是对本实用新型提供的发射电路处理单元的功率放大电路的一个实施例进行详细的描述，以下将对本实用新型提供的电路桥接单元的一个实施例进行详细的描述。
请参阅图5，本实用新型实施例提供了电路桥接单元的一个实施例，由图5可知，多路相控发射机的电路桥接单元主要起到信号连接的作用，信号产生单元发出的多路差分PWM信号通过电路桥接单元输入到对应的发射电路处理单元中，各路PWM差分信号经过各自发射电路处理单元上的电路处理后，再通过电路桥接单元上的变压器，将处理后的差分信号输送到发射换能器阵元端，通过发射换能器阵元将电信号转换成声呐信号发射出去。
以上是对本实用新型提供的电路桥接单元的一个实施例进行详细的描述，以下将对本实用新型提供的储能单元的一个实施例进行详细的描述。
请参阅图6，本实用新型实施例提供了储能单元的一个实施例，由图6可知，储能单元连接在电源单元与电路桥接单元之间，主要起到储能的作用。储能单元由若干个高压大容值电容并联而成，将电源单元输出的可调电压经过储能后，再输出给功率放大电路使用，提高供电能力。
本实用新型从提高图像声呐分辨率的角度出发，提出了使用多路相控作为发射探测声呐信号的方法和多路相控发射机的硬件电路组成，并详细阐述了电路设计原理。通过本实用新型，解决了单波束发射换能器阵元声源级较低和硬件电路体积较大的问题，提高了多波束换能器图像声呐分辨率。另外采用电源可调及大电容储能技术，针对不同水深时，通过调节电压的高低来调节发射换能器阵元的声源级，这样可以提供合适的能量来处理接收到的数据，不至于出现能量过弱或二次回波过强的现象；采用大电容储能技术可以保证发射换能器阵元所需的大功率电源电压。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、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 (7)
1.一种多波束测深仪多路相控发射机，其特征在于，包括：信号产生单元、电源单元、储能单元、电路桥接单元、多路发射电路处理单元和多个发射换能器阵元，
所述信号产生单元与电路桥接单元相连，用以产生多路差分信号；
所述电路桥接单元与所述多路发射电路处理单元和多个发射换能器阵元分别相连，用以将产生的差分信号送至发射电路处理单元，每路差分信号对应一路发射电路处理单元，每路发射电路处理单元对应一个发射换能器阵元；
所述每路发射电路处理单元包括隔离电路、保护驱动电路和功率放大电路，用以将每路差分信号进行隔离、保护驱动和功率放大后送入对应的发射换能器阵元；
所述电源单元包括第一固定DC-DC电源模块、第二固定DC-DC电源模块和第一可调DC-DC电源模块和控制单元，第一固定DC-DC电源模块与隔离电路和保护驱动电路相连，用以向隔离电路和保护驱动电路提供固定电压；第二固定DC-DC电源模块与控制单元相连，用以向控制单元提供固定电压；控制单元与第一可调DC-DC电源模块相连，用以控制第一可调DC-DC电源模块，实现输出电压大小的调节；第一可调DC-DC电源模块与储能单元相连，用以输出可调电压并进行储能后再供给功率放大电路。
2.根据权利要求1所述的一种多波束测深仪多路相控发射机，其特征在于，所述信号产生单元由FPGA器件实现。
3.根据权利要求1所述的一种多波束测深仪多路相控发射机，其特征在于，所述储能单元包括多个并联电容。
4.根据权利要求1所述的一种多波束测深仪多路相控发射机，其特征在于，所述电路桥接单元包括多个变压器。
5.根据权利要求1所述的一种多波束测深仪多路相控发射机，其特征在于，所述隔离电路包括光电耦合器。
6.根据权利要求1所述的一种多波束测深仪多路相控发射机，其特征在于，所述保护驱动电路包括触发器、与门、驱动器和反馈电路，所述触发器与与门相连，与门与驱动器和反馈电路相连，反馈电路与触发器相连，与门输出的信号经反馈电路处理后输入到触发器，触发器输出的差分信号分别与输入端差分信号通过与门进行逻辑运算后输出至驱动器。
7.根据权利要求1所述的一种多波束测深仪多路相控发射机，其特征在于，所述功率放大电路采用MOS管D类推挽放大电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201621393212.1U CN206389284U (zh) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | 一种多波束测深仪多路相控发射机 |
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| CN201621393212.1U CN206389284U (zh) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | 一种多波束测深仪多路相控发射机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206389284U true CN206389284U (zh) | 2017-08-08 |
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ID=59488695
Family Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109946684A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-28 | 哈尔滨工程大学 | 一种具备大输出动态范围的宽带声呐发射机 |
| CN113311741A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-08-27 | 中国科学院声学研究所 | 一种电子开关控制的发射机复用系统及其应用 |
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2016
- 2016-12-19 CN CN201621393212.1U patent/CN206389284U/zh active Active
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