海洋背景噪聲聲壓信號監測設備制造技術

本實用新型專利技術公開了一種海洋背景噪聲聲壓信號監測設備，包括殼體以及設置于殼體中的光路系統、控制系統和供電系統；所述殼體的左側或者右側開口，在所述開口處安裝有一帶反射面的振動片，通過所述振動片與殼體形成一個密閉的腔室，且振動片的反射面朝向腔室內；在所述腔室內設置有一帶透視窗的隔板，將腔室分隔成左右兩部分，其中振動片所在的腔室為氣室，通過管路與位于殼體外部的氣囊連通，另外一個腔室為器件室，布設所述的控制系統、供電系統以及光路系統中的激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和光電接收器。本實用新型專利技術利用邁克爾遜干涉原理進行光路系統的結構設計，精度高、線性度好，在低頻段信號無衰減，具有良好的頻率響應特性。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于水下監測裝置
，具體地說，是涉及一種用于對海洋的背景噪聲進行聲壓信號監測的設備。
技術介紹
研究海洋背景噪聲場的特性與模型，可以反演海洋的運動過程，了解海洋動物的行為，進而有助于進行水下目標的識別、聲納性能的評估以及水聲對抗的研究。隨著現代工業生產、海洋航運以及漁業的發展，海洋背景噪聲的特性變得更加復雜，這也對海洋噪聲的監測提出了更高的要求。傳統用于檢測水下噪聲的聲壓監測裝置多以壓電式、電容式、磁電式測量原理為主，存在非線性、帶寬窄、尤其在低頻段信號靈敏度下降快等缺點。而低頻段是現代海洋背景噪聲與目標識別研究領域的主要頻段，因而采用現有的聲壓監測裝置并不能很好地滿足海洋背景噪聲聲壓強度的準確監測要求。
技術實現思路
本技術基于激光干涉原理，提出了一種海洋背景噪聲聲壓信號監測設備，以提高對海洋背景噪聲聲壓信號的檢測精度。為了解決上述技術問題，本技術采用以下技術方案予以實現一種海洋背景噪聲聲壓信號監測設備，包括殼體以及設置于殼體中的光路系統、控制系統和供電系統；所述殼體的左側或者右側開口，在所述開口處安裝有一帶反射面的振動片，通過所述振動片與殼體形成一個密閉的腔室，且振動片的反射面朝向腔室內；在所述腔室內設置有一帶透視窗的隔板，將腔室分隔成左右兩部分，其中振動片所在的腔室為氣室，通過管路與位于殼體外部的氣囊連通，另外一個腔室為器件室，布設所述的控制系統、供電系統以及光路系統中的激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和光電接收器；所述激光器發射激光射向所述的分光鏡，通過所述分光鏡反射形成一路光束作為參考臂射向所述的平面反射鏡，透射形成另一路光束作為測量臂穿過所述的透視窗射向振動片的反射面；通過所述平面反射鏡和振動片反射的兩路光束經由分光鏡形成干涉后射入所述的光電接收器，進而通過光電接收器生成電流輸出信號傳輸至控制系統中的控制器；在所述控制系統中還包含有壓電陶瓷，安裝在所述的平面反射鏡上，接收控制器輸出的電壓信號，利用自身形變帶動平面反射鏡移動。優選的，在所述平面反射鏡上優選安裝兩個壓電陶瓷，一個接收控制器輸出的調制信號，以用于判斷振動片的形變方向；另一個接收控制器輸出的補償電壓，以跟蹤振動片的形變量。進一步的，所述的兩個壓電陶瓷按照同一極化方向對接粘合在一起，安裝在所述平面反射鏡的背面。優選的，在所述控制器中包括A/D轉換器、D/A轉換器和CPU，所述光電接收器輸出的電流輸出信號經A/D轉換器變換為數字信號后傳輸至所述的CPU ;所述CPU通過D/A轉換器輸出電壓信號至所述的壓電陶瓷。又進一步的，在所述管路中安裝有一電磁閥，接收控制器輸出的開關控制信號，在設備下水后，通過控制器控制電磁閥打開，保持氣室內的壓力與外界水壓一致。優選的，所述透視窗優選采用平面玻璃安裝在所述隔板上。為了減小整個監測設備的體積，在所述光路系統中還包含有三個傾斜布設的反射鏡，在所述器件室中，上方位置安裝第一反射鏡和所述的激光器，中間位置安裝第二反射鏡和所述的分光鏡，所述第二反射鏡與振動片分設在分光鏡的左右兩側，下方位置安裝第三反射鏡和所述的平面反射鏡；所述激光器沿水平方向發射激光，以45°入射角射入第一反射鏡，反射形成垂直方向的光束以45°入射角射入第二反射鏡，進而經由第二反射鏡反射 形成水平方向的光束以45°入射角射入分光鏡，通過分光鏡反射形成垂直方向的第一段參考臂光束以45°入射角射入第三反射鏡，進而經由第三反射鏡反射形成水平方向的第二段參考臂光束射向垂直布設的平面反射鏡；所述光電接收器布設在分光鏡的上方，接收兩束垂直入射的光線。為了便于干涉圖樣的采集，在所述第二反射鏡與分光鏡之間還設置有一擴束器，通過所述擴束器對激光器發出的激光光束的直徑進行擴大。再進一步的，在所述器件室內還設置有通信系統，連接所述的控制器，將控制器計算生成的檢測結果上傳至上位機進行顯示和存儲。優選的，所述通信系統優選通過通訊線纜與上位機連接通信。與現有技術相比，本技術的優點和積極效果是本技術的海洋背景噪聲聲壓信號監測設備利用邁克爾遜干涉原理進行光路系統的結構設計，通過振動片感應海洋背景噪聲的振動，進而使作為測量臂的光束長度發生變化，由此來改變通過分光鏡反射和透射出的兩束光線所形成的干涉條紋，由此便可以通過檢測干涉條紋的變化間接地計算出海洋背景噪聲的振幅，并可以進一步通過調節參考臂的距離來對計算出的振幅進行補償，以獲得更為精確的聲壓大小。由此設計的監測設備精度高、線性度好，在O-IOKHz范圍內特別是在低頻段信號無衰減，具有良好的頻率響應特性，且該監測設備性能穩定，測量精度受設備中器件靈敏度的影響較小，易于實現制造集成。結合附圖閱讀本技術實施方式的詳細描述后，本技術的其他特點和優點將變得更加清楚。附圖說明圖I是本技術所提出的海洋背景噪聲聲壓信號監測設備的整體結構示意圖；圖2是圖I中光路系統和控制系統的設計原理示意圖；圖3是光路系統在聲壓監測設備殼體中的一種實施例的布設結構示意圖；圖4是中心為亮斑的干涉圖樣示意圖；圖5是振動片處于初始狀態時干涉條紋的位移波形與電流輸出信號的合成坐標圖；圖6是振動片內移時干涉條紋的位移波形與電流輸出信號的合成坐標圖；圖7是振動片外移時干涉條紋的位移波形與電流輸出信號的合成坐標圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術的具體實施方式作進一步詳細地說明。本技術的海洋背景噪聲聲壓信號監測設備基于邁克爾遜干涉原理設計而成，采用補償的方法監測海洋背景噪聲的聲壓，在靈敏度、穩定性、頻率響應能力特別是低頻段的信號響應能力方面優于目前采用壓電式、電容式、磁電式測量原理設計的聲壓監測設備。下面通過一個具體的實施例，來詳細闡述所述海洋背景噪聲聲壓信號監測設備的具體組建結構及其工作原理。實施例一，參見圖 I所示，本實施例的海洋背景噪聲聲壓信號監測設備主要由殼體2以及設置在所述殼體2中的光路系統、控制系統、供電系統和通信系統等部分組成。其中，供電系統用于為所述的光路系統、控制系統和通信系統提供工作電壓；通信系統連接所述的控制系統，將控制系統計算生成的海洋背景噪聲的聲壓上傳至岸上的上位機，通過上位機向工作人員實時顯示監測數據，并完成監測數據的長期連續保存，以方便研究人員隨時調取進行海洋環境的研究和分析。在本實施例中，所述通信系統與上位機之間優選采用有線信號傳輸方式通過通信線纜連接通訊。所述通信線纜可以與用于下放聲壓監測設備的繩索整合設計在一起，同繩索一起隨所述聲壓監測設備下放。當然，在所述聲壓監測設備中也可以不設置通信系統，通過在控制系統中設置存儲器件，例如SD卡或者TF卡等，以用于保存監測到的海洋聲壓數據。在完成監測任務后，將所述聲壓監測設備提出水面，將存儲器件與計算機連接通訊，實現監測數據的下載輸出，供研究人員調取使用。對于所述的光路系統和控制系統，其設計原理參見圖2所示。在本實施例的光路系統中主要包括激光器3、分光鏡5、平面反射鏡11、振動片I和光電接收器4等。其中，分光鏡5可以選用半透射半反射的分光鏡片，按照與水平面所成銳角為45°的關系傾斜設置。在分光鏡5的左右兩側對應設置激光器3和振動片I。將所述振動片I垂直安裝在殼體2 —側的開口處，所述開口可以開設在殼體2的左側，如圖2所示，也本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種海洋背景噪聲聲壓信號監測設備，其特征在于：包括殼體以及設置于殼體中的光路系統、控制系統和供電系統；所述殼體的左側或者右側開口，在所述開口處安裝有一帶反射面的振動片，通過所述振動片與殼體形成一個密閉的腔室，且振動片的反射面朝向腔室內；在所述腔室內設置有一帶透視窗的隔板，將腔室分隔成左右兩部分，其中振動片所在的腔室為氣室，通過管路與位于殼體外部的氣囊連通，另外一個腔室為器件室，布設所述的控制系統、供電系統以及光路系統中的激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡和光電接收器；所述激光器發射激光射向所述的分光鏡，通過所述分光鏡反射形成一路光束作為參考臂射向所述的平面反射鏡，透射形成另一路光束作為測量臂穿過所述的透視窗射向振動片的反射面；通過所述平面反射鏡和振動片反射的兩路光束經由分光鏡形成干涉后射入所述的光電接收器，進而通過光電接收器生成電流輸出信號傳輸至控制系統中的控制器；在所述控制系統中還包含有壓電陶瓷，安裝在所述的平面反射鏡上，接收控制器輸出的電壓信號，利用自身形變帶動平面反射鏡移動。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李磊，周忠海，劉軍禮，劉波，呂成興，李金萍，臧鶴超，張照文，惠超，蔣慧略，牟華，周曉晨，姚璞玉，徐娟，
申請(專利權)人：山東省科學院海洋儀器儀表研究所，
類型：實用新型
國別省市：