CN219736369U - 一种海洋物理场综合采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种海洋物理场综合采集系统。通过声传感器、磁通门传感器、压力传感器和电场传感器分别对海洋声场、磁场、水压场和电场数据进行采集，再通过信号调理模块对采集到的海洋声场、磁场、水压场和电场数据进行信号调理，并通过AD转换模块对信号进行AD转换后输入到信号采集和存储模块中存储，从而实现了对海洋声场、磁场、水压场和电场的综合采集，可以搜集到测量海域内大量的海洋环境物理场数据，为研究人员准确确定物理场的参数提供了方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋物理场数据采集技术领域，尤其涉及一种海洋物理场综合采集系统。
背景技术
海洋环境物理场包括多种物理环境，有传统的声以及近些年来逐渐引入的磁、电、水压，各个物理场均有其特有的特性，这让现有的水下物理场采集系统越来越无法满足测量的需要。对于海洋的环境物理场，单点的测量系统所获取的数据已经无法满足对于海洋环境物理场测量与分析的需求。
实用新型内容
本实用新型通过提供一种海洋物理场综合采集系统，能够对海洋声场、磁场、水压场和电场进行综合采集，满足了对于海洋环境物理场测量与分析的需求。
本实用新型提供了一种海洋物理场综合采集系统，包括：声传感器、磁通门传感器、压力传感器、电场传感器、信号调理模块、AD转换模块及信号采集和存储模块；所述声传感器、所述磁通门传感器、所述压力传感器、所述电场传感器的信号输出端均与所述信号调理模块的信号输入端通信连接，所述信号调理模块的信号输出端与所述AD转换模块的信号输入端通信连接；所述AD转换模块的信号输出端与所述信号采集和存储模块的信号输入端通信连接。
具体来说，还包括：姿态传感器；所述姿态传感器的信号输出端与所述信号调理模块的信号输入端通信连接。
具体来说，还包括：网络传输模块及存储介质卡；所述信号采集和存储模块的信号输出端与所述网络传输模块、所述存储介质卡的信号输入端通信连接；所述网络传输模块与上位机通信连接。
具体来说，还包括：支架；所述电场传感器包括：第一X轴电极、第二X轴电极、第一Y轴电极、第二Y轴电极、第一Z轴电极及第二Z轴电极；所述信号调理模块至少包括：差分放大电路及滤波电路；所述第一X轴电极、所述第二X轴电极、所述第一Y轴电极、所述第二Y轴电极、所述第一Z轴电极及所述第二Z轴电极均设置在所述支架上，且所述第一X轴电极和所述第二X轴电极沿X轴方向安装，所述第一Y轴电极和所述第二Y轴电极沿Y轴方向安装，所述第一Z轴电极和所述第二Z轴电极沿Z轴方向安装；所述第一X轴电极、所述第二X轴电极、所述第一Y轴电极、所述第二Y轴电极、所述第一Z轴电极及所述第二Z轴电极的信号输出端均与所述差分放大电路的信号输入端通信连接；所述差分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AD转换模块的信号输入端通信连接。
具体来说，所述第一X轴电极、所述第二X轴电极、所述第一Y轴电极、所述第二Y轴电极、所述第一Z轴电极及所述第二Z轴电极通过安装卡箍设置在所述支架上。
具体来说，还包括：配重块和沉底锚钉；所述配重块设置在所述支架上；所述沉底锚钉设置在所述支架的底部。
具体来说，还包括：筒状壳体；所述声传感器、所述磁通门传感器、所述压力传感器、所述信号调理模块、所述AD转换模块、所述信号采集和存储模块、所述姿态传感器、所述网络传输模块及所述存储介质卡以电路板叠层结构设置在所述筒状壳体中。
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：
通过声传感器、磁通门传感器、压力传感器和电场传感器分别对海洋声场、磁场、水压场和电场数据进行采集，再通过信号调理模块对采集到的海洋声场、磁场、水压场和电场数据进行信号调理，并通过AD转换模块对信号进行AD转换后输入到信号采集和存储模块中存储，从而实现了对海洋声场、磁场、水压场和电场的综合采集，可以搜集到测量海域内大量的海洋环境物理场数据，为研究人员准确确定物理场的参数提供了方便。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统的结构框图；
图2为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统的线路连接图；
图3为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统中筒状壳体1的透视图；
图4为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统中支架2的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统的通信连接图；
图6为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统中声传感器的结构示意图；
图7为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统中电池组13的排列示意图；
图8为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统中电源模块的外部结构示意图；
图9为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统中电源模块的透视图；
图10为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统中电源模块的爆炸图；
图11为本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统中电源模块的尺寸图；
其中，1-筒状壳体，2-支架，3-第一X轴电极，4-第二X轴电极，5-第一Y轴电极，6-第二Y轴电极，7-第一Z轴电极，8-第二Z轴电极，9-安装卡箍，10-配重块，11-沉底锚钉，12-“O”形密封圈，13-电池组，14-筒体，15-电池充电接口，16-系统供电接口，17-固定支架，18-电场传感器电缆，19-通信电缆，20-上位机。
具体实施方式
本实用新型实施例通过提供一种海洋物理场综合采集系统，能够对海洋声场、磁场、水压场和电场进行综合采集，满足了对于海洋环境物理场测量与分析的需求。
本实用新型实施例中的技术方案为实现上述技术效果，总体思路如下：
本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统实现对海洋声场、磁场、水压场和电场的综合采集，海洋声场包括水面航行目标产生的声场、水下航行器声场以及海洋环境噪声等。海洋磁场主要指海洋环境中，铁磁性物质产生的磁场。海洋水压场包括水面或者水中航行的大型目标所产生的压力变化场以及海洋压力环境的变化场。海洋电场主要指水面或者水中目标航行过程中，由于漏电流等所产生的电场。
要实现海洋物理场综合采集需要配备各个物理场的数据采集传感器、将传感器输出信号进行调理，然后进行采集、存储和传输。海洋物理场综合采集系统包括数据采集传感器、信号调理模块、信号采集模块、信号存储模块、信号传输模块、电源模块以及保障设备。
其中，宽频声传感器采用压电陶瓷声换能器，将声场振动信号转换为电信号。磁场的测量采用三轴磁通门传感器，将三分量磁场信号转换为电压信号。高精度压力传感器将水压压力信号转换为电信号。电场传感器由6只电极组合实现三轴电场测量。此外，还通过姿态传感器测量系统当前所处姿态，包括方位角、横滚角、俯仰角等信息。信号调理模块实现传感器输出信号的阻抗匹配、前置放大和滤波放大，将信号调理到符合信号采集模块输入信号的范围。信号采集模块实现模拟信号到数字信号的高精度转换。信号存储模块将转换的数字信号进行存储。信号传输模块将采集的信号通过网络协议，采用网络转电力载波方式，实现远距离传输。电源模块给整个系统提供能源。保障设备包括筒状壳体和电场传感器支架等。
为了更好的理解上述技术方案，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和图2，本实用新型实施例提供的海洋物理场综合采集系统，包括：声传感器、磁通门传感器、压力传感器、电场传感器、信号调理模块、AD转换模块及信号采集和存储模块；声传感器、磁通门传感器、压力传感器、电场传感器的信号输出端均与信号调理模块的信号输入端通信连接，信号调理模块的信号输出端与AD转换模块的信号输入端通信连接；AD转换模块的信号输出端与信号采集和存储模块的信号输入端通信连接。
为了对航向角、俯仰角、横滚角三维角度数据进行采集，还包括：姿态传感器；姿态传感器的信号输出端与信号调理模块的信号输入端通信连接。
为了将采集到的海洋物理场综合数据发送到上位机并实现海洋物理场综合数据的实时存储，还包括：网络传输模块及存储介质卡；信号采集和存储模块的信号输出端与网络传输模块、存储介质卡的信号输入端通信连接；网络传输模块与上位机通信连接。具体地，网络传输模块将数据转换为电力载波信号通过通信线缆连接至岸上信号转换模块，信号转换模块将电力载波信号转换为网络信号，网络信号接至控制显示单元。控制显示单元将接收的信号解析，实时显示物理场信号特征。本实用新型实施例通过L/N电力线高频传输以太网信号，实现最长300米高速通信，传输速率可达100Mbps，最多支持8个节点，工作稳定，抗干扰能力强，操作方便快捷。
为了减小空间体积，并且便于减少各功能模块间的单路径故障点，还包括：筒状壳体1；声传感器、磁通门传感器、压力传感器、信号调理模块、AD转换模块、信号采集和存储模块、姿态传感器、网络传输模块及存储介质卡以电路板叠层结构设置在筒状壳体1中，如图3所示。
在本实施例中，本实用新型实施例采用模块一体化集成结构，筒状壳体1采用无磁铝合金加工而成，铝合金具有质量轻、强度高、耐腐蚀、易加工、耐候性优良等特点。
对电场传感器的结构进行具体说明，参见图4，还包括：支架2；电场传感器包括：第一X轴电极3、第二X轴电极4、第一Y轴电极5、第二Y轴电极6、第一Z轴电极7及第二Z轴电极8；信号调理模块至少包括：差分放大电路及滤波电路；第一X轴电极3、第二X轴电极4、第一Y轴电极5、第二Y轴电极6、第一Z轴电极7及第二Z轴电极8均设置在支架2上，且第一X轴电极3和第二X轴电极4沿X轴方向安装，第一Y轴电极5和第二Y轴电极6沿Y轴方向安装，第一Z轴电极7和第二Z轴电极8沿Z轴方向安装；第一X轴电极3、第二X轴电极4、第一Y轴电极5、第二Y轴电极6、第一Z轴电极7及第二Z轴电极8的信号输出端均与差分放大电路的信号输入端通信连接；差分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AD转换模块的信号输入端通信连接。海水中的电场通过与测量仪器相连的一对电极测量，测量的电场值是两电极之间沿连线方向的电势差。在本实施例中，通过第一X轴电极3、第二X轴电极4、第一Y轴电极5、第二Y轴电极6、第一Z轴电极7及第二Z轴电极8组合实现三轴电场的测量。
具体地，第一X轴电极3、第二X轴电极4、第一Y轴电极5、第二Y轴电极6、第一Z轴电极7及第二Z轴电极8通过安装卡箍9设置在支架2上，即X0电极、X1电极、Y0电极、Y1电极、Z0电极及Z1电极。
为了使支架2和电场传感器顺利稳固沉底，还包括：配重块10和沉底锚钉11；配重块10设置在支架2上；沉底锚钉11设置在支架2的底部。当需要测量电场数据时，由潜水员将电场传感器支架2携带至筒状壳体1附近，并将电场传感器电缆18与筒状壳体1接口连上，筒状壳体1通过通信电缆19与岸上的上位机20连接，如图5所示。
具体地，配重块10通过螺栓连接或者焊接在支架2上。
在本实施例中，电场传感器的型号为宁波培正电子科技有限公司生产的PZEM-025型电极，差分放大电路的型号为由德州仪器生产的差分放大芯片INA128。
对声传感器的结构进行具体说明，为了实现声场的测量，声传感器采用压电陶瓷声换能器，采用环形水听器。压电陶瓷声换能器底座采用304不锈钢材质加工而成，采用法兰安装结构。
声传感器的主要技术指标如下：
频率范围：3Hz～10kHz
接收灵敏度：≥-195dB
水平指向性：水平全向
垂直指向性：≥120°
最大工作深度：200米
水听器高度为50mm，最大直径为76mm。中间为压力传感器安装孔，尺寸按照压力传感器尺寸加工，环形水听器与压力传感器采用“O”形密封圈12纵向密封。六个Φ4.2mm孔用于环形水听器与筒状壳体1安装固定，环形水听器与筒状壳体1之间用“O”形密封圈12纵向密封，如图6所示。
对磁通门传感器进行具体说明，本实用新型实施例中的磁通门传感器采用国创GC-CC-303改进型数字式磁通门传感器，该磁强计分辨率与现有磁通门磁强计相当，但是其动态响应特性、抗冲击能力、零点稳定性等关键技术性能将有显著提高。
磁通门传感器的主要技术指标如下：
传感器噪声：0.2nT(峰峰值)，对应8μV噪声
传感器灵敏度：40μV/nT(25nT/mV)
传感器测量范围：±80000nT(对应±3.2V)
供电电压：±5V
消耗电流：20mA@+5V，14mA@-5V
总功耗：170mW
对压力传感器进行具体说明，本实用新型实施例中的水压传感器采用深圳MEAS公司研制的压力变送器。利用压阻式压力膜片(MEAS公司，86系列)、低噪声仪表放大器INA128完成了微功耗(3.6V，2mA)和低噪声(<20Pa)压力传感器的研制，其主要性能参数为：供电电压：2.7-6.5V；输出电压：0.4-2.4V；供电电流：2mA(Max)；量程：10Bar；动态响应时间：10ms(Max)；噪声：40μV(Max)。
压力传感器的主要技术指标如下：
供电电压：3.3V
供电电流：2mA
输出电压：0.4-2.4V
噪声：40uV(MAX)
最大工作深度：200m
在本实施例中，姿态传感器为MCP-03型电子罗盘，其技术指标参数如表1所示。
表1技术指标参数表
下面对本实用新型实施例中的电源模块进行具体说明：
参见图7，本实用新型实施例中的电源模块采用48节18650锂电池组成电池组13，外壳采用铝合金材料加工而成。装置功耗<10w，考虑设计冗余，电池组13总容量设计为24000mAh，可满足采集系统连续工作48h以上。
具体地，电源模块外壳由上端盖、筒体14、下端盖组成，总体采用径向密封形式。上下端盖各装有一套2芯水密航插，上端盖航插为电池充电接口15，下端盖航插为系统供电接口16。筒体14上有电池组固定支架17，并通过密封圈密封，电池组13设置在固定支架17中，如图8、图9和图10所示。电源模块的总体尺寸如图11所示。
综上所述，本实用新型实施例实现了对海洋声场、磁场、水压场和电场的综合采集，为潜水员实施水下探测、打捞回收提供了操作简便、实用性强的测量设备，满足了潜水员水下操作、考核、评估等功能的需要。
本实用新型实施例未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种海洋物理场综合采集系统，其特征在于，包括：声传感器、磁通门传感器、压力传感器、电场传感器、信号调理模块、AD转换模块及信号采集和存储模块；所述声传感器、所述磁通门传感器、所述压力传感器、所述电场传感器的信号输出端均与所述信号调理模块的信号输入端通信连接，所述信号调理模块的信号输出端与所述AD转换模块的信号输入端通信连接；所述AD转换模块的信号输出端与所述信号采集和存储模块的信号输入端通信连接。
2.如权利要求1所述的海洋物理场综合采集系统，其特征在于，还包括：姿态传感器；所述姿态传感器的信号输出端与所述信号调理模块的信号输入端通信连接。
3.如权利要求2所述的海洋物理场综合采集系统，其特征在于，还包括：网络传输模块及存储介质卡；所述信号采集和存储模块的信号输出端与所述网络传输模块、所述存储介质卡的信号输入端通信连接；所述网络传输模块与上位机通信连接。
4.如权利要求1所述的海洋物理场综合采集系统，其特征在于，还包括：支架；所述电场传感器包括：第一X轴电极、第二X轴电极、第一Y轴电极、第二Y轴电极、第一Z轴电极及第二Z轴电极；所述信号调理模块至少包括：差分放大电路及滤波电路；所述第一X轴电极、所述第二X轴电极、所述第一Y轴电极、所述第二Y轴电极、所述第一Z轴电极及所述第二Z轴电极均设置在所述支架上，且所述第一X轴电极和所述第二X轴电极沿X轴方向安装，所述第一Y轴电极和所述第二Y轴电极沿Y轴方向安装，所述第一Z轴电极和所述第二Z轴电极沿Z轴方向安装；所述第一X轴电极、所述第二X轴电极、所述第一Y轴电极、所述第二Y轴电极、所述第一Z轴电极及所述第二Z轴电极的信号输出端均与所述差分放大电路的信号输入端通信连接；所述差分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AD转换模块的信号输入端通信连接。
5.如权利要求4所述的海洋物理场综合采集系统，其特征在于，所述第一X轴电极、所述第二X轴电极、所述第一Y轴电极、所述第二Y轴电极、所述第一Z轴电极及所述第二Z轴电极通过安装卡箍设置在所述支架上。
6.如权利要求4所述的海洋物理场综合采集系统，其特征在于，还包括：配重块和沉底锚钉；所述配重块设置在所述支架上；所述沉底锚钉设置在所述支架的底部。
7.如权利要求3所述的海洋物理场综合采集系统，其特征在于，还包括：筒状壳体；所述声传感器、所述磁通门传感器、所述压力传感器、所述信号调理模块、所述AD转换模块、所述信号采集和存储模块、所述姿态传感器、所述网络传输模块及所述存储介质卡以电路板叠层结构设置在所述筒状壳体中。
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| GR01 | Patent grant | ||
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