CN208350996U - 一种大功率声呐检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率声呐检测系统，包括主机、转接装置、供电装置、拖体和信号收发系统，主机和供电装置通过转接装置连接第一发射换能器，信号收发系统包括第二发射换能器、发射功放、标准水听器和前置放大器；第一发射换能器、第二发射换能器和标准水听器设于消声水池内，第二发射换能器与发射功放连接，发射功放通过转接装置连接供电装置，标准水听器的信号输出端通过前置放大器与主机连接。本实用新型能够测试声诱饵发射噪声信号、扫频信号和发射组合信号性能；进行发射换能器深度测量性能检查、接口检查、故障自检功能检查。

Description

一种大功率声呐检测系统

技术领域

本实用新型属于声呐检测技术领域，具体涉及一种大功率声呐检测系统。

背景技术

声呐设备是利用水中声波进行探测、定位和通信的的电子设备，声呐装置一般由基阵、电子部件和辅助设备构成，其中基阵是由水声换能器以一定的集合图形排列组合而成，电子部件一般由发射、接收、显示和控制等部分构成，辅助设备包括电源设备、电缆、机械结构等。在军事用途中，列装声呐设备前需对水声换能器性能进行测试时，需要对整个声呐设备使用环境进行模拟，目前还没有相应的检测系统能够单独检测水声换能器的性能。因此，为快速测量换能器指标性能并模拟声呐系统的工作状况，开发一种大功率声诱饵拖体检测系统势在必行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：解决上述现有技术中的不足，提供一种大功率声诱饵拖体检测系统，能够测试声诱饵发射噪声信号、扫频信号和发射组合信号性能；进行发射换能器深度测量性能检查、接口检查、故障自检功能检查。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种大功率声呐检测系统，包括主机、转接装置、供电装置、拖体和信号收发系统，所述主机和供电装置通过转接装置连接第一发射换能器，所述信号收发系统包括第二发射换能器、发射功放、标准水听器和前置放大器；所述第一发射换能器、第二发射换能器和标准水听器设于消声水池内，所述第二发射换能器与发射功放连接，所述发射功放通过转接装置连接供电装置，所述标准水听器的信号输出端通过前置放大器与主机连接。

进一步的，上述供电装置包括分别与220V输入电源连接的第一交流继电器和第二交流继电器，所述第一交流继电器的电源输出端依次连接电源变压器、第一功率转换开关、第一整流滤波电路和140V直流电源输出端，所述电源变压器还通过整流稳压电路连接20V直流电源输出端，所述第二交流继电器的电源输出端依次连接低压变压器、第二功率转换开关和第二整流滤波电路，所述第二整流滤波电路的电源输出端分别连接42V交流电源输出端和32V交流电源输出端。

进一步的，上述前置放大器包括依次连接的差分放大器、滤波单元、信号放大单元和射级跟随器，所述差分放大器与标准水听器连接，所述射级跟随器与主机连接。

进一步的，上述发射功放包括功放前置放大器和主功放。

进一步的，上述功放前置放大器包括

音源选择电路，用于选择特定的音源信号，并关闭其它音源通道；

输入放大电路，用于将音源信号放大至额定电平，所述额定电平为1V；

音质控制电路，用于控制功放前置放大器的频率特性。

进一步的，上述主功放包括输入音频信号放大器，所述音频信号放大器的信号输入端与功放前置放大器连接，所述音频信号放大器的信号输出端连接电压比较器的信号输入端，所述电压比较器的信号输入端还连接三角载波电路的信号输出端，所述电压比较器的信号输出端通过反向、死区产生电路连接驱动器的信号输入端，所述驱动器的信号输出端通过全桥驱动电路和滤波器连接第二发射换能器。

进一步的，上述主功放还包括与驱动器和全桥驱动电路分别连接的保护电路。

进一步的，上述音频信号放大器和所述滤波器的运放为AD8065。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型可以测试声诱饵发射噪声信号、扫频信号和发射组合信号性能；进行发射换能器深度测量性能检查、接口检查、故障自检功能检查。能产生宽带噪声，带宽范围20kHz～40kHz；能产生扫频信号，带宽范围20kHz～40kHz；能产生组合信号，信号为宽带信号和扫频信号线性叠加，带宽范围20kHz-40kHz，可以全功率或半功率两种方式控制拖体工作功率，可以采集和解析深度信号，能够查看发射信号时域和频域实时图。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型的声诱饵拖体检测系统水池测量示意图；

图2为本实用新型的供电电源电路结构示意图；

图3为本实用新型的发射环能器转接装置示意图；

图4为本实用新型的前置放大器结构示意图；

图5为本实用新型的差分放大器电路示意图；

图6为本实用新型的带通滤波器电路示意图；

图7为本实用新型的信号放大电路示意图；

图8为本实用新型的发射功放结构示意图；

图9为本实用新型的全桥驱动器电路示意图；

图10为本实用新型的隔离电路示意图；

图11为本实用新型的过流保护电路示意图；

图12为本实用新型的输入信号放大器及滤波器电路示意图；

图13为本实用新型的三角载波发生电路示意图；

图14为本实用新型的比较器及死区产生电路示意图；

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

此外，“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致等于”并不仅仅表示绝对的相等，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

一种大功率声呐检测系统，包括主机、转接装置、供电装置、拖体和信号收发系统，所述主机和供电装置通过转接装置连接第一发射换能器，所述信号收发系统包括第二发射换能器、发射功放、标准水听器和前置放大器；所述第一发射换能器、第二发射换能器和标准水听器设于消声水池内，所述第二发射换能器与发射功放连接，所述发射功放通过转接装置连接供电装置，所述标准水听器的信号输出端通过前置放大器与主机连接。

进一步的，上述供电装置包括分别与220V输入电源连接的第一交流继电器和第二交流继电器，所述第一交流继电器的电源输出端依次连接电源变压器、第一功率转换开关、第一整流滤波电路和140V直流电源输出端，所述电源变压器还通过整流稳压电路连接20V直流电源输出端，所述第二交流继电器的电源输出端依次连接低压变压器、第二功率转换开关和第二整流滤波电路，所述第二整流滤波电路的电源输出端分别连接42V交流电源输出端和32V交流电源输出端。

进一步的，上述前置放大器包括依次连接的差分放大器、滤波单元、信号放大单元和射级跟随器，所述差分放大器与标准水听器连接，所述射级跟随器与主机连接。

进一步的，上述发射功放包括功放前置放大器和主功放。

进一步的，上述功放前置放大器包括

音源选择电路，用于选择特定的音源信号，并关闭其它音源通道；

输入放大电路，用于将音源信号放大至额定电平，所述额定电平为1V；

音质控制电路，用于控制功放前置放大器的频率特性。

进一步的，上述主功放包括输入音频信号放大器，所述音频信号放大器的信号输入端与功放前置放大器连接，所述音频信号放大器的信号输出端连接电压比较器的信号输入端，所述电压比较器的信号输入端还连接三角载波电路的信号输出端，所述电压比较器的信号输出端通过反向、死区产生电路连接驱动器的信号输入端，所述驱动器的信号输出端通过全桥驱动电路和滤波器连接第二发射换能器。

进一步的，上述主功放还包括与驱动器和全桥驱动电路分别连接的保护电路。

进一步的，上述音频信号放大器和所述滤波器的运放为AD8065。

优选地，

本实用新型的工作原理：

如图1所示，声诱饵拖体检测系统主机通过转接装置与拖体连接，向拖体发送信号源信号和控制信号。拖体供电电源负责将220V供电电源转换为第一发射换能器工作所需的相应电源。信号源信号、控制信号和供电电源通过转接装置转接送第一发射换能器。当拖体测试主机发送开始测试指令后，第一发射换能器开始工作，通过第一发射换能器的电声转换发射相应的声波信号。同时，第一发射换能器开始传送深度信号，深度信号送测试主机解析后进行深度结果显示。同时标准水听器接收第一发射换能器发射的声波信号，经前置放大器放大后送测试主机进行信号处理和分析，最终在主机上进行结果显示。

如图2和下表1所示，高压直流由220V交流转换为120V交流，再经过整流和π型滤波，空载电压180V；低压直流为+20V,经过三端稳压LM317，输出电流400mA，低压交流32V-42V，为保障信号的电磁兼容性、减小信号间的相互串扰、提高安全性，各电源采用隔离设计，两两间均不共地。。

表1电源主要技术指标

如图3所示，转接装置负责将控制信号、信号源信号、供电电源和深度信号进行转接，然后通过水密电缆送至第一发射换能器，同时将深度信号转送至显控台。转接装置内部配有选通电路，用于第一发射换能器A和第一发射换能器B之间的切换。

如图4-7所示，前置放大器地其工作带宽覆盖20kHz～40kHz，前置放大器采用与标准水听器匹配的放大单元，前置放大器采用低噪、专用仪表差分放大器AD625，具有极低的失调电压和失调电压漂移特性。前置放大器是对标准水听器的信号进行放大，工作的频率范围为20kHz～40kHz，所以需要通过带通滤波器对输入信号进行滤波处理，去掉噪声信号，然后通过设计跟随器进行保护。

如图8所示，由于第一发射换能器为收发一体，即具有发射功能，也配备了接收系统，发射的信号源需要由第一发射换能器内部的接收系统判别后给出。因此在第一发射换能器在水池测量时，需要利用水池的第二发射换能器发射声信号。第二发射换能器为全向工作，工作频带20kHz～40kHz，第二发射换能器选择WBT-30型。

在单独测量发射换能器时，需要利用发射功放为发射换能器提供功率信号。发射功放采用D类，实现小型化和高效，采用前置放大器和主放的结构，如图9所示为发射功放设计框图，前置放大器是指将信号放大至功率放大器(主功放)所能接受的输入范围，其基本组成有音源选择、输入放大和音质控制等电路构成。

音源选择电路的作用是选择所需的音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道；输入放大的作用是将音源信号放大到额定电平，通常为1V左右；音质控制电路的作用是使放大器的频率特性可控制，保证覆盖20kHz～40kHz频率范围。

电路如图9所示，在功率放大器当中，采用全桥来作为功率放大的设计，通过IR2113增大SPWM波的驱动能力。构成全桥的MOS管，选择K6A60D，其Vds为600V，Id最大可达6A，工作频率在兆赫兹量级，适合作为全桥功率放大使用

如图10所示，在设计时考虑到功率地与控制地的干扰，所以采用隔离的方式将信号和功率分开，隔离的方式采用数字隔离器ADUM3100来完成。

如图11所示，过流保护电路的作用为当驱动电路和输出电路发生过流问题时，该电路会采集当前系统的电流大小，通过判断后，确定是否发生过流现象。当系统发生过流时，保护电路会关闭SPWM输出使能信号及IR2113输出使能信号，从而切断功率输出。

如图12所示，由于输入的音频信号非常小且有噪声干扰，所以需要对该信号进行一定比例的放大，再经过中心频率为30KHz，通带为30KHz的带通滤波器后，才能与载波信号进行比较。对于运放的选择，在本次设计中也尤为重要，AD8065其具有高带宽、低噪声、低失真等优点，可用于放大电路和滤波器当中。

如图13所示，在功率放大器当中，需要用到高频率的载波信号，一般我们选择高频率的三角波作为载波，这里我们用ICL8038来产生一个500K～1MHz的可调节的三角载波信号。

如图14所示，比较器的作用是将输入到正向端正弦调制波与反向端的三角载波进行比较，从而产生SPWM波，SPWM波通过反相器与死区产生电路将一列SPWM波生成两列反相的SPWM波，最后通过使能信号控制输出。而在电路设计当中，为了避免大功率器件的开关控制信号翻转时发生误触发，我们通常会设置一个死区时间。如图14所示，通过RC构成一个死区电路来设定死区时间。

Claims (8)

1.一种大功率声呐检测系统，其特征在于：包括主机、转接装置、供电装置、拖体和信号收发系统，所述主机和供电装置通过转接装置连接第一发射换能器，所述信号收发系统包括第二发射换能器、发射功放、标准水听器和前置放大器；所述第一发射换能器、第二发射换能器和标准水听器设于消声水池内，所述第二发射换能器与发射功放连接，所述发射功放通过转接装置连接供电装置，所述标准水听器的信号输出端通过前置放大器与主机连接。

2.根据权利要求1所述的一种大功率声呐检测系统，其特征在于：所述供电装置包括分别与220V输入电源连接的第一交流继电器和第二交流继电器，所述第一交流继电器的电源输出端依次连接电源变压器、第一功率转换开关、第一整流滤波电路和140V直流电源输出端，所述电源变压器还通过整流稳压电路连接20V直流电源输出端，所述第二交流继电器的电源输出端依次连接低压变压器、第二功率转换开关和第二整流滤波电路，所述第二整流滤波电路的电源输出端分别连接42V交流电源输出端和32V交流电源输出端。

3.根据权利要求1所述的一种大功率声呐检测系统，其特征在于：所述前置放大器包括依次连接的差分放大器、滤波单元、信号放大单元和射级跟随器，所述差分放大器与标准水听器连接，所述射级跟随器与主机连接。

4.根据权利要求1所述的一种大功率声呐检测系统，其特征在于：所述发射功放包括功放前置放大器和主功放。

5.根据权利要求4所述的一种大功率声呐检测系统，其特征在于：所述功放前置放大器包括

音源选择电路，用于选择特定的音源信号，并关闭其它音源通道；

输入放大电路，用于将音源信号放大至额定电平，所述额定电平为1V；

音质控制电路，用于控制功放前置放大器的频率特性。

6.根据权利要求4所述的一种大功率声呐检测系统，其特征在于：所述主功放包括输入音频信号放大器，所述音频信号放大器的信号输入端与功放前置放大器连接，所述音频信号放大器的信号输出端连接电压比较器的信号输入端，所述电压比较器的信号输入端还连接三角载波电路的信号输出端，所述电压比较器的信号输出端通过反向、死区产生电路连接驱动器的信号输入端，所述驱动器的信号输出端通过全桥驱动电路和滤波器连接第二发射换能器。

7.根据权利要求6所述的一种大功率声呐检测系统，其特征在于：所述主功放还包括与驱动器和全桥驱动电路分别连接的保护电路。

8.根据权利要求6所述的一种大功率声呐检测系统，其特征在于：所述音频信号放大器和所述滤波器的运放为AD8065。