CN212872888U - 一种通信信标 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通信信标。先将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，再通过水声换能器接收由信标探测设备发射的探测脉冲声信号，并通过收发转换电路发送到信号调理电路进行信号调理，并输出到微处理器。再由微处理器输出应答信号到功率放大电路进行功率放大，再经由收发转换电路和水声换能器回复到信标探测设备，从而得到信标探测设备距离通信信标的距离，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，实现了保证实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行的技术效果。

Description

一种通信信标

技术领域

本实用新型涉及水下救援、打捞的技术领域，尤其涉及一种通信信标。

背景技术

目前，在潜水员或蛙人的水下探查、排爆、打捞等训练过程中，对于合作目标，经常存在目标丢失的情况发生，从而无法正常回收目标，如果潜水员或蛙人无法对水下合作目标进行准确定位，则会极大地影响到实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行。

实用新型内容

本实用新型通过提供一种通信信标，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，实现了保证实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行的技术效果。

本实用新型提供了一种通信信标，包括：水声换能器、收发转换电路、信号调理电路、功率放大电路及微处理器；所述水声换能器与所述收发转换电路双向通信连接；所述收发转换电路的信号输出端与所述信号调理电路的信号输入端通信连接；所述信号调理电路的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接；所述微处理器的信号输出端与所述功率放大电路的信号输入端通信连接；所述功率放大电路的信号输出端与所述收发转换电路的信号输入端通信连接。

进一步地，所述信号调理电路包括：信号放大电路和滤波电路；所述信号放大电路的信号输入端与所述收发转换电路的信号输出端通信连接，所述信号放大电路的信号输出端与所述滤波电路的信号输入端通信连接，所述滤波电路的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接。

进一步地，还包括：深度传感器；所述深度传感器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接。

进一步地，还包括：电池和入水检测开关；所述电池的电流输出端与所述入水检测开关的电流输入端电性连接，所述入水检测开关的电流输出端与所述水声换能器、所述收发转换电路、所述信号调理电路、所述功率放大电路和所述微处理器的电流输入端电性连接。

进一步地，所述入水检测开关包括：第一电极、第二电极、比较电路及继电开关；所述第一电极的信号输出端与所述比较电路的第一信号输入端通信连接；所述第二电极的信号输出端与所述比较电路的第二信号输入端通信连接；所述比较电路的信号输出端与所述继电开关的信号输入端通信连接；所述电池的电流输出端与所述比较电路、所述继电开关的电流输入端电性连接；所述继电开关的电流输出端与所述水声换能器、所述收发转换电路、所述信号调理电路、所述功率放大电路和所述微处理器的电流输入端电性连接。

进一步地，所述比较电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻及放大器；所述第一电阻和所述第三电阻串联成第一串联电路；所述第二电阻和所述第四电阻串联成第二串联电路；所述第一串联电路的第一端接所述电池的电流输出端，所述第一串联电路的第二端接地；所述第二串联电路的第一端接所述电池的电流输出端，所述第二串联电路的第二端接地；所述第一电极的信号输出端电连接在所述第一电阻和所述第三电阻之间；所述第一电极的信号输出端还与所述放大器的反相输入端通信连接；所述第二电极的信号输出端与所述第一串联电路、所述第二串联电路的第二端连接；所述放大器的同相输入端电连接在所述第二电阻和所述第四电阻之间；所述放大器的信号输出端与所述继电开关的信号输入端通信连接。

进一步地，所述继电开关包括：第一三极管、二极管、储能电容及继电器；所述放大器的信号输出端与所述第一三极管的基极通信连接；所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述二极管的正极通信连接；所述二极管的负极接所述电池的电流输出端；所述二极管的正极还与所述继电器的线圈的第一端电连接，所述二极管的负极还与所述继电器的线圈的第二端电连接；所述储能电容的第一端与所述第一三极管的发射极电连接，所述储能电容的第二端与所述二极管的负极电连接。

进一步地，还包括：收发密封舱和水密电子舱；所述收发密封舱与所述水密电子舱连接；所述收发密封舱的外表面为弧面结构；所述水声换能器设置在所述收发密封舱中；所述收发转换电路、所述信号调理电路、所述功率放大电路、所述微处理器、所述电池和所述入水检测开关设置在所述水密电子舱中；所述第一电极和所述第二电极从所述水密电子舱引出。

进一步地，所述收发密封舱为采用透声橡胶包裹压电陶瓷球的结构；所述水密电子舱的材料为不锈钢。

本实用新型中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

先将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，再通过水声换能器接收由信标探测设备发射的探测脉冲声信号，并通过收发转换电路发送到信号调理电路进行信号调理，并输出到微处理器。再由微处理器输出应答信号到功率放大电路进行功率放大，再经由收发转换电路和水声换能器回复到信标探测设备，从而得到信标探测设备距离通信信标的距离，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，实现了保证实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的通信信标的内部结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的通信信标中入水检测开关的结构框图；

图3为本实用新型实施例提供的通信信标中入水检测开关中比较电路的电路图；

图4为本实用新型实施例提供的通信信标中入水检测开关中继电开关的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的通信信标的外部结构示意图；

其中，1-第一电极，2-第二电极，3-收发密封舱，4-水密电子舱。

具体实施方式

本实用新型实施例通过提供一种通信信标，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，实现了保证实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行的技术效果。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

先将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，再通过水声换能器接收由信标探测设备发射的探测脉冲声信号，并通过收发转换电路发送到信号调理电路进行信号调理，并输出到微处理器。再由微处理器输出应答信号到功率放大电路进行功率放大，再经由收发转换电路和水声换能器回复到信标探测设备，从而得到信标探测设备距离通信信标的距离，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，实现了保证实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行的技术效果。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参见图1，本实用新型实施例提供的通信信标，包括：水声换能器、收发转换电路、信号调理电路、功率放大电路及微处理器；水声换能器与收发转换电路双向通信连接；收发转换电路的信号输出端与信号调理电路的信号输入端通信连接；信号调理电路的信号输出端与微处理器的信号输入端通信连接；微处理器的信号输出端与功率放大电路的信号输入端通信连接；功率放大电路的信号输出端与收发转换电路的信号输入端通信连接。

这里需要说明的是，本实用新型实施例提供的通信信标在使用之前，需要先被安装在需要探测的水下目标上，从而与信标探测设备进行配合，对水下目标进行探测。而对于不同的水下目标，可以根据水下目标的实际外形，选择相应的安装方式(如卡接、捆绑等)，从而将通信信标固定在需要探测的水下目标上，具体的安装方式视情况而定，本实用新型实施例对具体的安装方式不做限制。

对信号调理电路的结构进行具体说明，信号调理电路包括：信号放大电路和滤波电路；信号放大电路的信号输入端与收发转换电路的信号输出端通信连接，信号放大电路的信号输出端与滤波电路的信号输入端通信连接，滤波电路的信号输出端与微处理器的信号输入端通信连接。

为了能够对信标的深度进行监测，从而对目标的深度进行监测，进而提高对水下目标的定位精度，还包括：深度传感器；深度传感器的信号输出端与微处理器的信号输入端通信连接。

为了实现只有当信标入水才开始供电，从而节省电能的消耗，还包括：电池和入水检测开关；电池的电流输出端与入水检测开关的电流输入端电性连接，入水检测开关的电流输出端与水声换能器、收发转换电路、信号调理电路、功率放大电路和微处理器的电流输入端电性连接。

当信标处于空气中时，入水检测开关处于关断状态，此时信标基本上不消耗电源，可以长期储存。当信标进入水下时，入水检测开关才处于接通状态，电子组件才上电工作，信标才进入监听工作状态。在监听工作状态下，信标不会主动发射脉冲声信号，只处于接收信号的状态，只有接收到探测脉冲声信号，且探测脉冲声信号的编码与信标的编码相符时，才会发射应答脉冲声信号。

为了避免探测脉冲声信号与应答脉冲声信号之间相互干扰，将探测脉冲声信号的填充频率设计为50kHz，将应答脉冲声信号的填充频率设计为70kHz，因此，水声换能器接收50kHz的声信号，发射70kHz的声信号。当然，也可以设计为其他工作频率，本实用新型实施例对具体的工作频率不做限制。

参见图2，对入水检测开关的结构进行具体说明，入水检测开关包括：第一电极1、第二电极2、比较电路及继电开关；第一电极1的信号输出端与比较电路的第一信号输入端通信连接；第二电极2的信号输出端与比较电路的第二信号输入端通信连接；比较电路的信号输出端与继电开关的信号输入端通信连接；电池的电流输出端与比较电路、继电开关的电流输入端电性连接；继电开关的电流输出端与水声换能器、收发转换电路、信号调理电路、功率放大电路和微处理器的电流输入端电性连接。

参见图3，对比较电路的结构进行具体说明，比较电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4及放大器；第一电阻R1和第三电阻R3串联成第一串联电路；第二电阻R2和第四电阻R4串联成第二串联电路；第一串联电路的第一端接电池的电流输出端，第一串联电路的第二端接地；第二串联电路的第一端接电池的电流输出端，第二串联电路的第二端接地；第一电极1的信号输出端电连接在第一电阻R1和第三电阻R3之间；第一电极1的信号输出端还与放大器的反相输入端通信连接；第二电极2的信号输出端与第一串联电路、第二串联电路的第二端连接；放大器的同相输入端电连接在第二电阻R2和第四电阻R4之间；放大器的信号输出端与继电开关的信号输入端通信连接。

参见图4，对继电开关的结构进行具体说明，继电开关包括：第一三极管Q、二极管D、储能电容C及继电器K；放大器的信号输出端与第一三极管Q的基极通信连接；第一三极管Q的发射极接地，第一三极管Q的集电极与二极管D的正极通信连接；二极管D的负极接电池的电流输出端；二极管D的正极还与继电器K的线圈的第一端电连接，二极管D的负极还与继电器K的线圈的第二端电连接；储能电容C的第一端与第一三极管Q的发射极电连接，储能电容C的第二端与二极管D的负极电连接。继电器K的接线端子连接水声换能器、收发转换电路、信号调理电路、功率放大电路和微处理器的电流输入端。

在本实施例中，第一电极1和第二电极2均为防腐蚀金属材质电极柱，镶嵌在壳体前端面。

参见图5，对本实用新型实施例提供的通信信标的外部结构进行具体说明，还包括：收发密封舱3和水密电子舱4；收发密封舱3与水密电子舱4连接；收发密封舱3的外表面为弧面结构；水声换能器设置在收发密封舱3中；收发转换电路、信号调理电路、功率放大电路、微处理器、电池和入水检测开关设置在水密电子舱4中；第一电极1和第二电极2从水密电子舱4引出。

具体地，信标的上半部分是收发密封舱3，采用透声橡胶包裹一只压电陶瓷球的结构，其在上半空间的指向性近似为球形。当信标座底布放时，可以向整个声场接收及辐射声信号，只要处于作用距离内，信标探测设备无论在哪个位置都能探测到信标，从而可以保证基本上无探测盲区。

信标的下半部分是圆柱形的水密电子舱4，采用316不锈钢加工，水密电子舱4内装有信标电子组件、电池及深度传感器。电子组件又包含有收发转换电路、信号调理电路、功率放大电路、微处理器、入水检测开关等。

为了达到连续工作时间不小于60h的指标要求，信标电子组件必须采取低功耗设计，具体措施主要包括：选用3.7V低电压供电、选择低功耗器件、微处理器工作在低主频下、深度传感器等器件在不需要工作时都切断电源。经过上述低功耗设计，当采用一只3.7V、3000mAh的18650锂离子电池为信标进行供电时，连续工作时间可以大于60h。

下面还对信标探测设备的结构进行具体说明：

信标探测设备，包括：第一探测换能器基阵、第二探测换能器基阵、第一收发转换电路、第二收发转换电路、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第一功率放大电路、第二功率放大电路及微处理器；第一探测换能器基阵与第一收发转换电路双向通信连接；第一收发转换电路的信号输出端与第一信号调理电路的信号输入端通信连接；第一信号调理电路的信号输出端与微处理器的第一信号输入端通信连接；微处理器的第一信号输出端与第一功率放大电路的信号输入端通信连接；第一功率放大电路的信号输出端与第一收发转换电路的信号输入端通信连接；第二探测换能器基阵与第二收发转换电路双向通信连接；第二收发转换电路的信号输出端与第二信号调理电路的信号输入端通信连接；第二信号调理电路的信号输出端与微处理器的第二信号输入端通信连接；微处理器的第二信号输出端与第二功率放大电路的信号输入端通信连接；第二功率放大电路的信号输出端与第二收发转换电路的信号输入端通信连接。第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵分别为左侧基阵和右侧基阵，用透声胶包裹成一个圆饼形状，声辐射面向前方。当应答脉冲声信号由前方一定角度入射到换能器基阵时，通过比幅法测向测量出信标的方向，通过测量应答脉冲声信号与探测脉冲声信号之间的时延值，就能够计算出信标的距离，从而探测得到水下目标的位置。需要说明的是，比幅法中左、右两侧基阵输出信号的幅度比值与声信号入射角度的对应关系可以通过事先在水池内校准后获得。

具体地，第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵的波束宽度都在0°至50°之间；第一探测换能器基阵的声轴偏向左侧25°；第二探测换能器基阵的声轴偏向右侧25°；第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵共同覆盖前方-50°至+50°的探测扇面。

对信标探测设备的外部结构进行具体说明，还包括：手持把手和水密电子舱；手持把手与水密电子舱连接；第一探测换能器基阵、第二探测换能器基阵、第一收发转换电路、第二收发转换电路、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第一功率放大电路、第二功率放大电路和微处理器均设置在水密电子舱中；第一探测换能器基阵和第二探测换能器基阵的探测端在水密电子舱的外表面。

在本实施例中，水密电子舱的直径不大于100mm，长度不大于200mm。通信信标中微处理器的型号为德州仪器MSP430F6735IPN。信标探测设备中微处理器的型号为意法半导体STM32F407VGT6。

通过本实用新型实施例提供的通信信标对水下目标进行探测的过程如下：

潜水员或蛙人对水下目标进行探测，首先将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，信标不会主动发射声信号。当需要对水下目标进行探测时，潜水员或蛙人手持信标探测设备，向声场中发射探测脉冲声信号，信标接收到该探测脉冲声信号后，水声换能器将接收到的探测脉冲声信号转换为电信号，经过收发转换电路后送到信号调理电路，在信号调理电路中进行放大和滤波处理，最后送到微处理器。微处理器对信号调理电路输出的信号进行A/D采集，并接收由深度传感器输出的深度数据，并将应答脉冲声信号和深度数据一同经过功率放大电路放大后，通过收发转换电路和水声换能器向声场中发射应答脉冲声信号。当信标探测设备接收到该应答脉冲声信号后，根据应答式水声测距方法就能测量出信标相对于信标探测设备的距离，还能解算出信标的深度，从而实现对水下目标的探测。如果将通信信标安装在水下运动目标上，同样能够对水下运动目标进行定位。

【技术效果】

1、先将通信信标安装在需要被探测的水下目标上，再通过水声换能器接收由信标探测设备发射的探测脉冲声信号，并通过收发转换电路发送到信号调理电路进行信号调理，并输出到微处理器。再由微处理器输出应答信号到功率放大电路进行功率放大，再经由收发转换电路和水声换能器回复到信标探测设备，从而得到信标探测设备距离通信信标的距离，解决了现有技术中无法对水下合作目标进行准确定位的技术问题，实现了保证实际的水下探查、排爆、打捞等作业的顺利进行的技术效果。

2、通过对深度传感器的使用，能够对信标的深度进行监测，从而对目标的深度进行监测，进而提高了对水下目标的定位精度。

3、通过对入水检测开关的使用，实现了只有当信标入水才开始供电，从而节省了电能的消耗。

通过在水下目标上安装应答信标，通过潜水员或蛙人手持信标探测设备，可以实时测量出目标的距离和方位，实现对水下目标的精确定位，辅助潜水员或蛙人对水下目标进行精确打捞，有效防止了水下目标的丢失。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种通信信标，其特征在于，包括：水声换能器、收发转换电路、信号调理电路、功率放大电路及微处理器；所述水声换能器与所述收发转换电路双向通信连接；所述收发转换电路的信号输出端与所述信号调理电路的信号输入端通信连接；所述信号调理电路的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接；所述微处理器的信号输出端与所述功率放大电路的信号输入端通信连接；所述功率放大电路的信号输出端与所述收发转换电路的信号输入端通信连接。

2.如权利要求1所述的通信信标，其特征在于，所述信号调理电路包括：信号放大电路和滤波电路；所述信号放大电路的信号输入端与所述收发转换电路的信号输出端通信连接，所述信号放大电路的信号输出端与所述滤波电路的信号输入端通信连接，所述滤波电路的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接。

3.如权利要求1所述的通信信标，其特征在于，还包括：深度传感器；所述深度传感器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接。

4.如权利要求1所述的通信信标，其特征在于，还包括：电池和入水检测开关；所述电池的电流输出端与所述入水检测开关的电流输入端电性连接，所述入水检测开关的电流输出端与所述水声换能器、所述收发转换电路、所述信号调理电路、所述功率放大电路和所述微处理器的电流输入端电性连接。

5.如权利要求4所述的通信信标，其特征在于，所述入水检测开关包括：第一电极、第二电极、比较电路及继电开关；所述第一电极的信号输出端与所述比较电路的第一信号输入端通信连接；所述第二电极的信号输出端与所述比较电路的第二信号输入端通信连接；所述比较电路的信号输出端与所述继电开关的信号输入端通信连接；所述电池的电流输出端与所述比较电路、所述继电开关的电流输入端电性连接；所述继电开关的电流输出端与所述水声换能器、所述收发转换电路、所述信号调理电路、所述功率放大电路和所述微处理器的电流输入端电性连接。

6.如权利要求5所述的通信信标，其特征在于，所述比较电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻及放大器；所述第一电阻和所述第三电阻串联成第一串联电路；所述第二电阻和所述第四电阻串联成第二串联电路；所述第一串联电路的第一端接所述电池的电流输出端，所述第一串联电路的第二端接地；所述第二串联电路的第一端接所述电池的电流输出端，所述第二串联电路的第二端接地；所述第一电极的信号输出端电连接在所述第一电阻和所述第三电阻之间；所述第一电极的信号输出端还与所述放大器的反相输入端通信连接；所述第二电极的信号输出端与所述第一串联电路、所述第二串联电路的第二端连接；所述放大器的同相输入端电连接在所述第二电阻和所述第四电阻之间；所述放大器的信号输出端与所述继电开关的信号输入端通信连接。

7.如权利要求6所述的通信信标，其特征在于，所述继电开关包括：第一三极管、二极管、储能电容及继电器；所述放大器的信号输出端与所述第一三极管的基极通信连接；所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述二极管的正极通信连接；所述二极管的负极接所述电池的电流输出端；所述二极管的正极还与所述继电器的线圈的第一端电连接，所述二极管的负极还与所述继电器的线圈的第二端电连接；所述储能电容的第一端与所述第一三极管的发射极电连接，所述储能电容的第二端与所述二极管的负极电连接。

8.如权利要求5所述的通信信标，其特征在于，还包括：收发密封舱和水密电子舱；所述收发密封舱与所述水密电子舱连接；所述收发密封舱的外表面为弧面结构；所述水声换能器设置在所述收发密封舱中；所述收发转换电路、所述信号调理电路、所述功率放大电路、所述微处理器、所述电池和所述入水检测开关设置在所述水密电子舱中；所述第一电极和所述第二电极从所述水密电子舱引出。

9.如权利要求8所述的通信信标，其特征在于，所述收发密封舱为采用透声橡胶包裹压电陶瓷球的结构；所述水密电子舱的材料为不锈钢。

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