CN209199431U - 一种水声教学装置和水声教学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型给出了一种水声教学装置和水声教学系统，其特征在于，包括控制箱体、电源组、电源转换器、信号输入接口、功放信号放大板、信号输出接口和换能器接口，电源转换器、电源组和功放信号放大板固定于控制箱体内，电源转换器与电源组连接，信号输入接口、信号输出接口、换能器接口和功放信号放大板连接，电源组与功放信号放大板连接，该装置结构简单，并提供了内置电源组，有效防止使用过程中由充电器带来的干扰且便于携带，可以连接其他实验器材，能够很好的开展水声教学任务，可以有效地降低水声实验教学的成本。

Description

一种水声教学装置和水声教学系统

技术领域

本实用新型实施例涉及一种用于实验教学的水下声源系统，尤其涉及一种水声教学装置和水声教学系统。

背景技术

声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。声波是人类迄今为止已知可以在海水中远程传播的能量形式，它利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成对水下目标进行探测、定位和通信，判断海洋中物体的存在、位置及类型，同时也用于水下信息的传输。随着海洋事业的发展，声呐开始广泛应用于回波探测、海底地貌绘制、海洋地质考查、鱼群探测、遥控探测等民用方面。

水声工程专业主要研究声呐的创新与应用，一个良好的实验声呐系统对于提升学生自主创新能力，开拓学生的知识眼界有重要作用。然而，现今我国主要的声学研究所并没有成熟的用于实验教学的水下声源系统，严重影响了师生日常的实验教学，这对于培养我国水声人才，提高声呐创新性无疑是不利的。

实用新型内容

针对当前水我国主要的声学研究所并没有成熟的用于实验教学的水下声源系统，严重影响了师生日常的实验教学，不利于对于培养我国水声人才和提高我国声呐技术的创新性，本实用新型提出了一种水声教学装置和水声教学系统，可以简单模拟声呐系统，对于改善目前水声工程专业实验教学设备的匮乏，有着重要的意义，同时对提升我国声纳技术也有重要作用。

为实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提出了一种水声教学装置，包括控制箱体、电源组、电源转换器、信号输入接口、信号输出接口、换能器接口和功放信号放大板，电源转换器、电源组和功放信号放大板置于控制箱体内，电源转换器与电源组连接，信号输入接口、信号输出接口、换能器接口和功放信号放大板连接，电源组与功放信号放大板连接。

优选的，电源组为24V 10Ah锂电池，能够充分满足本实用新型的水声教学装置的供电，保证水声教学装置的正常使用和便携性。

优选的，还包括控制面板，控制面板上设置有与信号输入接口、信号输出接口和换能器接口对应的孔位，信号输入接口、信号输出接口和换能器接口固定于控制面板上，多个接口能够满足水声教学装置的扩展性，能够充分满足与其他试验设备连接构成。

优选的，控制面板上还包括发送增益旋钮、接收增益旋钮、电量按键、电量显示器、电源开关和功放开关，电量按键与电量显示器连接并控制其显示电源组的剩余电量，功放开关与信号输出接口串联连接，发送增益旋钮和接收增益旋钮与控制箱体内的功放信号放大板连接，功放信号放大板可以实现接收和输入信号的调节，便于控制实验所需的信号接收和发送。

优选的，还包括电源插头、机箱把手和机箱脚垫，电源插头被设置于控制箱体背部，机箱把手固定于控制面板两侧，机箱脚垫固定于控制箱体底部，机箱把手和机箱脚垫的设置提高了水声教学装置的使用舒适性和稳定性。

优选的，机箱脚垫包括两组可调高度脚垫和两组固定脚垫，两组可调高度脚垫被设置于控制箱体的前端部，两组固定脚垫被设置于控制箱体的后端部，可调节的脚垫可根据实际情况调节水声教学装置的高度，提升使用舒适性。

优选的，功放信号放大板包括功率放大器和信号放大器，功率放大器为TI的大功率D类功放芯片TAS5630B，具有短路保护、欠压保护、过热保护和信号失真保护的功能；信号放大器为采用低噪差分放大芯片AD8338，噪声小，且可进行增益调节。

根据本实用新型的另一方面，提出了一种水声教学系统，包括数据采集系统、水声换能器、功率放大器、电脑和上文所述的水声教学装置，采集系统与电脑连接，水声教学装置与数据采集系统连接，换能器与水声教学装置连接，功率放大器与水声换能器串联匹配。

优选的，采集系统包括采集卡，采集卡为NI的USB-6216,16bit，采集卡的采样率为400kS/s，可方便的使用配套Labview软件进行算法仿真和验证。

优选的，水声换能器为柱形收发一体换能器，中心频率为30KHz，带宽为5KHz。

本实用新型提出了一种水声教学装置和水声教学系统，通过电源组、信号输入接口、信号输出接口、换能器接口和功放信号放大板的连接，实现可调节的信号输入和输出，并通过与电脑、功率放大器、采集系统和换能器的连接，构成水声教学系统，可以简单模拟声呐系统，对于改善目前水声工程专业实验教学设备的匮乏，有着重要的意义，同时对提升我国声纳技术也有重要作用。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是本实用新型的水声教学装置的3D示意图；

图2是本实用新型的水声教学装置的主视图；

图3是本实用新型的水声教学装置的后视图；

图4是本实用新型的水声教学装置的仰视图；

图5是本实用新型的水声教学装置的设备零部件说明示意图；

图6是本实用新型的水声教学系统的系统框图。

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。

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型揭示了一种水声教学装置，包括控制箱体1、控制面板2、机箱把手3，控制面板2设置于控制箱体1的前端部，机箱把手3设置于控制面板2的两侧，且固定于控制箱体1上。如图2所述，控制面板2上包括电源开关21、功放开关 22、功放指示灯23、电量按钮24、接收增益旋钮25、发送增益旋钮26、信号输入接口 27、信号输出接口28、换能器接口29、电量显示30，控制面板2上设置有与信号输入接口27、信号输出接口28和换能器接口29对应的孔位，信号输入接口、信号输出接口和换能器接口固定于控制面板2上，电源开关21用于控制整个水声教学装置的供电，功放开关22控制信号输出，功放开关22打开后功放指示灯23亮起，电量按钮24控制电量显示器30，按下电量按钮，电量显示器30上会显示剩余电量，接收增益旋钮25 和发送增益旋钮26，发送端可通过发送增益旋钮26来调节发送功率，接收端可通过接收增益旋钮25来调节接收信号的大小，信号输入接口27由电源开关直接控制供电。如图3所述，该水声教学装置还包括电源插座4和机箱脚垫5，电源插座4设置及控制箱体1的背部，机箱脚垫5设置于控制箱体1的底部。如图4所示，机箱脚垫包括两组可调节脚垫51和两组固定脚垫52，调节脚垫51固定于控制箱体1底部的前端，固定脚垫固定于控制箱体1底部的后端。

如图5所示，水声教学装置还包括功放信号放大板6，电源组7、电源转换器8和电源插头9，控制箱体1还包括安装底板11，电源组7通过电源组支架71固定于安装底板11上，电源转换器8通过电源转换器支架81固定于安装底板11上，功放信号放大板6固定于安装底板11上，电源组支架71、电源转换器支架81和功放信号放大板6 上设置有孔位，安装底板11上设置有与其相对应的螺纹孔，电源组支架71、电源转换器支架81和功放信号放大板6通过螺栓固定与控制底板11上，可替代的，电源组支架 71、电源转换器支架81和功放信号放大板6固定于控制底板11上的方式还可以有除了螺栓固定的其他方式，例如使用卡扣的方式将电源组支架71、电源转换器支架81和功放信号放大板6固定在控制底板11上。

在具体的实施例中，电源转换器8与电源组7连接，电源组7与功放信号放大板6 连接，接收增益旋钮25、发送增益旋钮26、信号输入接口27、信号输出接口28、换能器接口29与功放信号放大板6连接，通过功放信号放大板6进行发送信号功率和接收信号的大小进行调节，功放信号放大板6包括功率放大器和信号放大模块，功率放大器采用TI的大功率D类功放芯片TAS5630B，具有短路保护、欠压保护、过热保护、信号失真保护；信号放大模块采用低噪差分放大芯片AD8338，噪声小，且可进行增益调节。

在具体的实施例中，电源接头9连接市电，通电源转换器8对内部电源组7进行充电，电源组7为锂电池组，在使用教学装置时，需拔掉电源接头9，使用内部电源组7 供电，可以避免由充电器带来的信号干扰。

如图6所示，示出一种水声教学系统，其包括发送端电脑S1、接收端电脑S2、发送端数据采集系统S3、接收端数据采集系统S4、发送端换能器S5、接收端换能器S6 和上述水声教学装置。数据采集系统S1和S2均包括采集卡，采集卡采用NI的 USB-6216,16bit，采集卡的采样率为400kS/s。可方便的使用配套LabVIEW软件进行算法仿真、验证。通过电脑S1和S2内数据处理软件对接收到的信号进行时域、频域的分析。水声换能器S3为柱形收发一体换能器，中心频率30KHz，带宽5KHz。水声教学装置中的功率放大器与后端的水声换能器进行了串联匹配，可以对输入和输出的信号进行调节。

在具体的实施例中，发送端电脑S1通过USB连接发送端数据采集系统S3，发送端数据采集系统S3的输出接水声教学装置的信号输入接口27，发送端换能器S5接水声教学装置的换能器接口29。接收端电脑S2通过USB连接接收端数据采集系统S4，接收端数据采集系统S4的输入接水声教学装置的信号输出端口28，接收端数换能器S6接水声教学装置的换能器端口29。发送端换能器S5与接收端换能器S6通过水声信道连接。两个换能器放置在水池中，深度为水深的一半，例如水深为两米，则换能器深度为1米。这样可以减小水面和水池底部的反射信号。

由此可见，本实用新型提出了一种水声教学装置和水声教学系统，通过电源组、信号输入接口、信号输出接口、换能器接口和功放信号放大板的连接，实现可调节的信号输入和输出，并通过与电脑、功率放大器、采集系统和换能器的连接，构成水声教学系统，可以简单模拟声呐系统，对于改善目前水声工程专业实验教学设备的匮乏，有着重要的意义，同时对提升我国声纳技术也有重要作用。

显然，本领域技术人员在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下可以作出对本实用新型的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本实用新型的权利要求及其等同形式的范围内，则本实用新型还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

Claims (10)

1.一种水声教学装置，其特征在于，包括控制箱体、电源组、电源转换器、信号输入接口、信号输出接口、换能器接口和功放信号放大板，所述电源转换器、电源组和所述功放信号放大板固定于所述控制箱体内，所述电源转换器与所述电源组连接，所述信号输入接口、所述信号输出接口、所述换能器接口和所述功放信号放大板连接，所述电源组与所述功放信号放大板连接。

2.根据权利要求1所述的一种水声教学装置，其特征在于，所述电源组为24V10Ah的锂电池。

3.根据权利要求1所述的一种水声教学装置，其特征在于，还包括控制面板，所述控制面板上设置有与所述信号输入接口、所述信号输出接口和所述换能器接口对应的孔位，所述信号输入接口、所述信号输出接口和所述换能器接口固定于所述控制面板上。

4.根据权利要求3所述的一种水声教学装置，其特征在于，所述控制面板上还包括发送增益旋钮、接收增益旋钮、电量按键、电量显示器、电源开关和功放开关，所述电量按键与所述电量显示器连接，所述功放开关与所述信号输出接口串联连接，所述发送增益旋钮和所述接收增益旋钮与所述控制箱体内的所述功放信号放大板连接。

5.根据权利要求3所述的一种水声教学装置，其特征在于，还包括电源插头、机箱把手和机箱脚垫，所述电源插头被设置于所述控制箱体背部，所述机箱把手设置于所述控制面板两侧且固定于所述控制箱上，所述机箱脚垫固定于所述控制箱体底部。

6.根据权利要求5所述的一种水声教学装置，其特征在于，所述机箱脚垫包括两组可调高度脚垫和两组固定脚垫，所述两组可调高度脚垫被设置于所述控制箱体的前端部，所述两组固定脚垫被设置于所述控制箱体的后端部。

7.根据权利要求1所述的一种水声教学装置，其特征在于，所述功放信号放大板包括功率放大器和信号放大器，所述功率放大器为TI的大功率D类功放芯片TAS5630B，所述信号放大器为采用低噪差分放大芯片AD8338。

8.一种水声教学系统，其特征在于，包括数据采集系统、水声换能器、功率放大器、电脑和权利要求1-5中任一项所述的水声教学装置，所述采集系统与所述电脑连接，所述水声教学装置与所述数据采集系统连接，所述换能器与所述水声教学装置连接，所述功率放大器与所述水声换能器串联匹配。

9.根据权利要求8所述的一种水声教学系统，其特征在于，所述采集系统包括采集卡，所述采集卡为NI的USB-6216,16bit，所述采集卡的采样率为400kS/s。

10.根据权利要求8所述的一种水声教学系统，其特征在于，所述水声换能器为柱形收发一体换能器，中心频率为30KHz，带宽为5KHz。