水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)研究

嚴(yán)侃

摘 要：作為海軍艦船上的重要裝備，聲吶設(shè)備為海底地質(zhì)探測(cè)與分類的實(shí)現(xiàn)提供了可能，這很大程度上有賴于水下聲系統(tǒng)的技術(shù)支持，水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)不僅影響著海底測(cè)繪的有效性，而且關(guān)系著聲吶設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確性與可信性，因此對(duì)水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)尤為重要。該次研究將著重對(duì)水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析，為相關(guān)行業(yè)提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：水下聲系統(tǒng) 性能檢測(cè) 裝置 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）08（b）-0011-02

海洋在整個(gè)地球占據(jù)著71%的面積，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，陸地資源幾近枯竭，人類開(kāi)始轉(zhuǎn)向?qū)Ｑ筚Y源的有效開(kāi)發(fā)[1]。近年來(lái)，水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置在海底探測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，其不僅攜帶方便，而且靈活性高，水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)研究有著重要的實(shí)踐意義與應(yīng)用價(jià)值。

1 水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置主要是針對(duì)目前水下聲系統(tǒng)單元數(shù)目龐大而設(shè)計(jì)的一種能夠?qū)崿F(xiàn)性能檢測(cè)的裝置。通常，水下聲系統(tǒng)單元工作受環(huán)境的限制，難以采用絕緣電阻方式實(shí)現(xiàn)對(duì)單元性能的檢測(cè)。其次水下單元復(fù)雜多樣，單純地依賴每路檢測(cè)容易引起插頭接觸不良或插件損壞，而在水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置下，能夠確保聲吶處于最佳工作狀態(tài)。該檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)精巧、結(jié)構(gòu)合理，不僅操作便利，而且具有較高的穩(wěn)定性能。該裝置采用的是單片機(jī)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化顯示與鍵盤(pán)操作，且在低導(dǎo)通電阻模擬開(kāi)關(guān)芯片以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的支持下，水下聲系統(tǒng)的小信號(hào)分貝轉(zhuǎn)換得以順利實(shí)現(xiàn)。水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)聲吶水下陣元噪聲測(cè)試與響應(yīng)檢測(cè)等。

2 水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)需求

2.1 檢測(cè)裝置的工作內(nèi)容

檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)主要取決于其需要完成的各項(xiàng)工作內(nèi)容，該裝置不僅要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)接收單元噪聲電平以及前放直流漂移的測(cè)試與檢查，而且要能夠?yàn)轫憫?yīng)檢查、接收單元聽(tīng)音檢查提供支持。

2.2 軟件需求

該檢測(cè)裝置對(duì)軟件功能有著較高的需求，不僅要滿足鍵盤(pán)控制的需要，而且要協(xié)助實(shí)現(xiàn)顯示信息的轉(zhuǎn)化與輸出。首先要確認(rèn)被按下的按鍵，可以對(duì)接口電路進(jìn)行全面的觀察，采用軟件循環(huán)檢測(cè)的方式對(duì)鍵盤(pán)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。若檢測(cè)結(jié)果顯示存在按鍵被按下，那么相應(yīng)的單元數(shù)子程序與輸出控制碼子程序需要進(jìn)行調(diào)用，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)單元選擇、顯示的有效控制。

2.3 其他需求

首先，在電源選擇方面以+5 V與15 V電源供電為宜，需要注意的是電路板環(huán)境要嚴(yán)格按照試驗(yàn)大綱進(jìn)行相應(yīng)布置，電路板的尺寸要能夠符合該檢測(cè)裝置的內(nèi)部尺寸需要。

2.4 系統(tǒng)可靠性

該水下聲系統(tǒng)性能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)技術(shù)條件有著較高的要求，且需要極高的可靠性，在對(duì)電路板及機(jī)箱進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要盡量確保機(jī)械部分與電路部分的可靠性。首先實(shí)施功能模塊設(shè)計(jì)，可以通過(guò)功能模塊化確保裝配、測(cè)試以及維修等功能的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為調(diào)式、組裝提供便利。其次要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，力求各個(gè)模塊電路連接等達(dá)到最簡(jiǎn)，以滿足復(fù)雜條件下的檢測(cè)需求[2]，采用經(jīng)過(guò)試驗(yàn)認(rèn)證的可靠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。除此之外還要進(jìn)行電磁兼容性與減額設(shè)計(jì)，避免其他設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的干擾。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 電路檢測(cè)

電路檢測(cè)主要包括兩個(gè)方面。首先檢測(cè)電路1板電路主要采用的是模擬信號(hào)多路轉(zhuǎn)換器，其能夠促進(jìn)各個(gè)水聽(tīng)器信號(hào)的有效切換。其次在集成濾波塊的支持下，切換后信號(hào)的濾波處理也能夠得到相應(yīng)的保障。檢測(cè)電路2板電路則主要提供的是左舷8水聽(tīng)器信號(hào)的切換，采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)右舷切換后水聽(tīng)器信號(hào)的有效處理。水下聲系統(tǒng)性能測(cè)試裝置原理見(jiàn)圖1。

3.2 控制電路檢測(cè)

控制電路檢測(cè)主要由控制電路與鍵盤(pán)控制顯示面板兩部分組成，其主要是對(duì)左右舷所有水聽(tīng)器信號(hào)的有效切換與控制，該功能能夠?qū)⑺?tīng)器的具體舷位、分貝值等信息呈現(xiàn)于控制面板上。

3.3 功率放大電路

通常，進(jìn)行切換選擇后，需要對(duì)水聽(tīng)器信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)地音頻功率放大，并實(shí)施聽(tīng)音檢測(cè)，一般可采用該檢測(cè)裝置自帶的揚(yáng)聲器進(jìn)行收聽(tīng)，當(dāng)然也可以通過(guò)外線耳機(jī)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)。

4 電路實(shí)現(xiàn)及調(diào)試

4.1 檢測(cè)控制電路設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及水下聲基陣單元的增加，傳統(tǒng)的聲吶控制電路已經(jīng)不能夠滿足單元選擇控制以及換能器檢查的需要，開(kāi)始選擇單片機(jī)作為檢測(cè)控制電路的重要設(shè)備。首先可采用操作鍵盤(pán)對(duì)各路基陣單元進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)信息向控制編碼以及單元數(shù)的轉(zhuǎn)變，并將其傳送到單元選擇數(shù)碼管系統(tǒng)以及檢測(cè)電路中。聲吶包含了多個(gè)換能器單元，有左、右舷之分，通常可設(shè)計(jì)兩組或兩組以上按鍵，以實(shí)現(xiàn)更為快捷的選擇換能器單元。若右舷鍵被按下，那么左舷鍵將會(huì)保持原有狀態(tài)，若左舷鍵被按下，那么右舷鍵則會(huì)得到釋放，其能夠促進(jìn)每路換能器單元選擇的實(shí)現(xiàn)。

4.2 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

檢測(cè)電路設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水下單元電信號(hào)的過(guò)濾、放大以及轉(zhuǎn)換等相關(guān)處理。該次實(shí)驗(yàn)研究所采用的軟件為Protel 99SE軟件，在該軟件的支持下，自動(dòng)布線以及手工布線制板能夠順利得以實(shí)現(xiàn)，且該系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了數(shù)字電路與模擬電路的相關(guān)處理問(wèn)題，干擾較小，其電路部分已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了軟件仿真。

4.3 功率放大電路

水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)采用了音頻放大器件，能夠?qū)⑺侣曄到y(tǒng)信號(hào)進(jìn)行放大處理，在該環(huán)境條件下，檢測(cè)人員只需接入外接耳機(jī)或通過(guò)揚(yáng)聲器便能夠?qū)嵤┍O(jiān)聽(tīng)。該系統(tǒng)選取的音頻功率放大芯片為L(zhǎng)M388，單電源+15V供電，為了便于與電路功率的調(diào)整，電路設(shè)計(jì)選取的是20dB，并適當(dāng)預(yù)留增益，能夠?qū)附又M(jìn)行調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)的海洋測(cè)繪技術(shù)取得了卓有成效的發(fā)展，在現(xiàn)代衛(wèi)星、通信以及計(jì)算機(jī)等技術(shù)的支持下，海洋的開(kāi)發(fā)與利用已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，為社會(huì)生產(chǎn)與人類生活提供了豐富的資源。而水下聲系統(tǒng)作為聲吶設(shè)備的重要組成，其性能狀態(tài)直接關(guān)系著聲吶設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，因此必須設(shè)計(jì)出水下聲系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下聲系統(tǒng)性能的有效測(cè)試，提升其實(shí)用性與便捷性，發(fā)揮其在海底探測(cè)中的作用，為現(xiàn)代生產(chǎn)提供必要的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 茍艷妮，王英民，王奇.實(shí)測(cè)新型水下小尺寸擴(kuò)展式基陣聲探測(cè)系統(tǒng)定向性能研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，21（3）： 426-431.

[2] 綦聲波，劉群，王圣南.水下方位/CTD數(shù)據(jù)記錄儀硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)研究[J].機(jī)電工程，2016，33（6）：142-143.