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專利名稱：水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置的制作方法
技術領域：
所屬領域本實用新型涉及用于水下聲學探測的聲波發(fā)射的換能器組合聲陣及發(fā)射系統(tǒng)裝置，尤其適用于不同地層、分辨率和地層穿透深度海洋探測儀器，還可以用于水下通信、遙測等其它海洋儀器。
背景技術：
現(xiàn)有技術的海洋探測和海洋開發(fā)活動中，普遍采用以聲波作為檢測手段的海洋儀器，水聲探測儀器工作在低頻頻段，為了使儀器具有較大的作用距離和較高的分辨率，需要發(fā)射換能器聲陣既能大功率發(fā)射，發(fā)射的聲信號又具有較寬的工作頻帶。而現(xiàn)有的發(fā)射換能器，為了獲得較高的電聲效率，發(fā)射換能器工作在某一種振動模式的諧振頻率附近，此時，換能器在電路上可以等效為包括一個電阻、一個電感和一個電容的四端網(wǎng)絡，它的頻率特性如同一個帶通濾波器，工作頻帶十分窄，帶寬Δf與中心頻率f0的比值為0.2～0.33左右，由于海洋探測儀器的分辨率與發(fā)射換能器聲陣的帶寬Δf成正比，穿透率與工作頻率成反比并與發(fā)射聲功率成正比，因此，采用現(xiàn)有技術的水聲窄帶換能器或寬帶換能器都無法滿足超寬帶、高分辨率海洋探測儀器的要求。
眾所周知，水聲探測儀器工作在低頻頻段，用于聲電能量轉換的壓電換能器或磁致伸縮換能器存在著一個很大的靜態(tài)電容或靜態(tài)電感，現(xiàn)有技術的水聲發(fā)射機采用功率放大器對換能器進行激勵時，由此產(chǎn)生的相位角就會引入一個很大的無功分量，使功率放大器的利用效率顯著降低。為了提高功率放大器的利用效率，現(xiàn)有技術通常采用帶有一個大電感或大電容的功率網(wǎng)絡來對換能器進行匹配調(diào)諧，而且這樣的調(diào)諧是對某一頻率而言，在窄帶范圍內(nèi)比較有效，要在幾百Hz～幾十kHz的超寬帶頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)匹配調(diào)諧、均衡發(fā)射則存在著非常大的缺陷。
現(xiàn)有技術有同一型振動模式換能器陣元采用陣元組合形成波束發(fā)射，而多個異型振動模式的水聲寬帶換能器陣一起發(fā)射，則存在著多陣發(fā)射互輻射影響、指向性分散、發(fā)射功率響應特性曲線畸變等嚴重缺陷。
當今世界已進入海洋世紀，海洋探測和海洋開發(fā)的任務要求海洋探測儀器的換能器能夠在水下幾十米～幾千米的大深度范圍內(nèi)工作，換能器必須承受幾十Mpa的靜水壓力，現(xiàn)有技術的換能器設計與選材等方面存在一系列的問題。另一方面，為了使換能器的聲輻射功率盡可能大，即需要換能器的輻射面振動位移足夠大，就必須使換能器的振動輻射面與支撐結構之間具有較好的去耦性能。但是，在現(xiàn)有技術換能器中性能良好的去耦材料要承受幾十～60Mpa的靜水壓力則存在著嚴重的缺陷。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有發(fā)射換能器及電路系統(tǒng)工作頻率窄的缺點，本實用新型提出水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，采用多種不同振動模式的換能器陣組合成一個從幾百Hz～幾十kHz的超寬帶發(fā)射換能器聲陣，并采用多路發(fā)射功率放大電路和多路匹配網(wǎng)絡對每種振動模式的換能器陣分別進行調(diào)諧匹配和發(fā)射，并且在控制微機控制下實現(xiàn)多個頻帶、多種發(fā)射脈寬和周期以及功率分檔的水聲超寬帶聲波功率發(fā)射。
本實用新型采用的技術方案是水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，包括水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)1、水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2、接線盒3及安裝平臺4，在于水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)1由低頻寬帶換能器聲陣11、中頻寬帶換能器聲陣12、高頻寬帶換能器聲陣13組合并安裝在同一安裝平臺4內(nèi)構成，各頻段寬帶換能器聲陣的輸入端分別通過電纜和接線盒3連接到水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2的相應發(fā)射功放及匹配電路的輸出端，水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)1置于水或密度與水接近的液體介質中，將水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2送來的調(diào)制電信號轉換成聲波通過介質向水中輻射和傳播；水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2由信號源與控制電路21、多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22和發(fā)射電源系統(tǒng)23組成；信號源與控制電路21包括程控模擬信號源211、控制微機CPU212、故障檢測電路213；信號源與控制電路21的程控模擬信號源211在控制微機CPU212的控制下，送到多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22，各路功率放大及匹配網(wǎng)絡的輸出經(jīng)接線盒3加到超寬帶組合聲陣系統(tǒng)1相應的寬帶換能器聲陣。
所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，在于在水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)1中，其中低頻寬帶換能器聲陣11至少包含1個低頻聲學特性良好的寬帶稀土圓環(huán)型換能器，或合理選用寬帶雙激勵縱向換能器；中頻寬帶換能器聲陣12至少包含1個中頻聲學特性良好的寬帶溢流環(huán)型換能器，或縱向振動彎曲型換能器；高頻寬帶換能器聲陣13至少包含1個高頻聲學特性良好的寬帶匹配層型換能器；多個頻段寬帶換能器聲陣安裝時將發(fā)射聲中心調(diào)整在同一個平面內(nèi)，并且發(fā)射聲波時相互不阻擋。
所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2的程控模擬信號源211包括數(shù)字信號源2111、8位并行接口2112、D/A轉換2113和程控增益放大器2114；8位并行接口2112的接收端連接數(shù)字信號源2111的輸出端，其輸出加到控制微機CPU212并行接口，CPU212的串行接口把接受到的發(fā)射命令和發(fā)射參數(shù)控制也送往CPU，經(jīng)控制微機CPU解算處理，生成并向D/A轉換電路2113輸入端傳送數(shù)字信號，D/A轉換電路2113把數(shù)字信號轉換為模擬信號，D/A轉換電路2113的輸出端連接在程控增益放大器2114的輸入端，CPU向程控增益放大器2114發(fā)送加權參數(shù)和發(fā)射參數(shù)控制命令，在微機控制下，程控增益放大器2114輸出的程控模擬信號加到多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22的輸入端。
所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2的多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22的每路功率放大及匹配網(wǎng)絡包括帶通濾波器221、移相器222、線性功率放大器223和阻抗匹配網(wǎng)絡224；帶通濾波器221的輸入端連接程控模擬信號源211的程控增益放大器2114輸出端，帶通濾波器221輸出的本路頻段選通的信號加到移相器222的輸入端，移相器222的輸出端連接到線性功率放大器223輸入端，線性功率放大223的輸出加到本路阻抗匹配網(wǎng)絡，經(jīng)匹配處理的線性功率放大信號通過接線盒3送往相應的寬帶換能器聲陣；每路的移相器222使同步加到各路功率放大輸入端的發(fā)射信號相應點對點的相位同相，水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2在超寬帶范圍內(nèi)同步發(fā)射時適應負載阻抗幅度與相位的動態(tài)變化，從而提高系統(tǒng)的轉換效率并獲得所要求的系統(tǒng)響應曲線。
所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2的信號源與控制電路21的故障自檢電路213包括故障采樣電路2131和A/D變換2132以及控制微機CPU212；故障采樣電路2131的多個輸入端接在各路匹配網(wǎng)絡224的輸出分壓端，其輸出經(jīng)A/D轉換，送到控制微機CPU212的串行接口，微機CPU對發(fā)射故障進行判別和監(jiān)控。
所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2的發(fā)射電源系統(tǒng)23包括直流變換器231和電容儲能電源232；直流變換器231DC/DC變換輸入端經(jīng)水面平臺拖纜5連接到水面平臺配電，經(jīng)直流變換器231DC/DC變換，輸出兩組低壓直流和一路高壓直流，兩組低壓直流給數(shù)字和模擬電路供電，一路高壓直流送電容儲能電源232輸入端，電容儲能電源232輸出分別給多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22的各路線性功放223I、223II、223III供電，把水面平臺拖纜上的高壓小電流送給電容儲能電源232，發(fā)射時電容儲能電源232為功率放大模塊提供大電流供電。
本實用新型的有益效果(1)本實用新型給出的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，采用優(yōu)選性能良好的水聲多頻段、多型振動模式的寬帶發(fā)射換能器，其組合聲陣的帶寬滿足海洋超寬帶探測儀器工作頻帶從幾百Hz到幾十kHz的要求，采用多路1～數(shù)千瓦級的大功率放大和網(wǎng)絡匹配發(fā)射技術的水聲超寬帶換能器組合聲源，能滿足高分辨率和良好的對地層穿透率的要求。
(2)本實用新型水聲超寬帶換能器組合聲陣多陣發(fā)射系統(tǒng)，把幾百Hz～幾十kHz的超寬帶頻率范圍分成多個頻段并采用鐘形發(fā)射展頻技術，在各頻段內(nèi)功率放大與匹配網(wǎng)絡電路與對應的寬帶換能器聲陣實現(xiàn)良好的匹配，顯著地解決了超寬帶頻率范圍的匹配調(diào)諧和均衡發(fā)射矛盾。
(3)本實用新型水聲超寬帶換能器組合聲陣多陣發(fā)射系統(tǒng)采用微機程控加權與線性調(diào)頻信號，以及多陣的聲中心同平面和各陣的同步、同相發(fā)射電路，有效地克服了多陣發(fā)射互輻射影響、指向性分散、發(fā)射功率響應特性曲線畸變等問題。
(4)本實用新型選用了性能優(yōu)良的多種振動模式的寬帶深水換能器構成水聲超寬帶組合聲陣，把水聲超寬帶換能器組合聲陣的耐幾十～60Mpa的靜水壓力的問題，分解為選用多種振動模式的寬帶深水換能器來解決。
(5)本實用新型提出了分頻段多型振動模式發(fā)射換能器聲陣合成技術與發(fā)射技術，為海洋探測儀器對掃頻信號組合的任意選擇以及發(fā)射工作參數(shù)程控調(diào)整，提供了實用的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，使儀器工作于最佳狀態(tài)，適用于不同地層、分辨率和地層穿透深度的探測要求，創(chuàng)新的超寬帶換能器組合與發(fā)射技術，還可用于水下通信、遙測等其它海洋儀器。


圖1是本實用新型水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置組成示意圖；圖2是本實用新型水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置實施例在同一平臺安裝示意圖；圖3為本實用新型水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)組成框圖；圖4為本實用新型程控模擬信號源與多路功率放大及匹配網(wǎng)絡原理框圖；圖5是本實用新型水聲超寬帶多陣系統(tǒng)的發(fā)射電源系統(tǒng)組成框圖圖6本實用新型水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置實施例組成框圖。
圖1和圖2中圖1和圖2中1-水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)1；2-水聲超寬帶組合聲陣發(fā)射系統(tǒng)；3-接線盒；4-安裝平臺；5-水面平臺拖纜；11-低頻換能器陣；12-1和12-2-中頻換能器陣；13-高頻換能器陣；21-信號源和控制電路；22-多路功率放大及匹配網(wǎng)絡；23-發(fā)射電源系統(tǒng)。
具體實施方式
為使水聲超寬頻帶組合聲陣與發(fā)射裝置在整個超寬頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)均衡發(fā)射和在深水范圍工作，合理選用以下若干種振動模式的寬帶深水換能器進行組合，組合聲陣中各寬帶換能器的發(fā)射頻率響應的相鄰邊緣互相重迭，在各個工作頻段上實現(xiàn)無縫拼接，組合聲陣的發(fā)射頻率響應(-3～-5dB帶寬)覆蓋整個超寬工作頻帶。
在幾百Hz～幾kHz的頻率范圍的低頻寬帶換能器陣選用稀土圓環(huán)換能器，這類換能器具有頻帶寬、頻率常數(shù)小、功率容量大和電壓發(fā)送響應高的特點，其聲源級≥175dB，工作深度6000m。
在幾kHz～十幾kHz的頻率范圍的中頻寬帶換能器陣選用溢流式圓環(huán)換能器，該類換能器綜合了液腔共振頻率和圓環(huán)的徑向振動頻率，具有頻帶寬，功率容量大的特點，其聲源級≥190dB，工作深度6000m。
在十幾kHz～幾十kHz的頻率范圍高頻段寬帶換能器陣選用匹配層縱向換能器，匹配層技術形成了兩個鄰近的諧振峰，可有效拓寬工作頻率，從而展寬換能器的發(fā)射寬帶，其聲源級≥210dB，發(fā)射電壓響應的起伏≤±4dB，工作深度6000m。
實施例的水聲超寬帶組合聲陣工作頻帶帶寬為700Hz～30kHz，分配為低頻700Hz～3kHz、中頻3kHz～12kHz和高頻12kHz～30kHz三個頻段，低頻段700Hz～3kHz選用一個寬帶稀土圓環(huán)換能器11，中頻段選用兩個性能和尺寸完全相同的寬帶溢流式圓環(huán)換能器12-1和12-1組合成聲陣，將兩換能器12-1和12-1的發(fā)射相應諧振點分別調(diào)諧在液腔共振峰和徑向振動峰，組合聲陣展寬后的發(fā)射頻段為3kHz～12kH，高頻段12kHz～30kHz選用一個寬帶匹配層縱向換能器13。本實用新型水聲超寬帶組合聲陣實施例在同一平臺安裝示意圖如圖2所示。安裝平臺4為流線型拖體，各頻段寬帶換能器陣安裝在拖體前艙，艙中并注入淡水，各頻段寬帶換能器陣安裝在拖體固定臺，低頻換能器陣11和高頻換能器陣13軸線安放，中頻換能器陣12-1和12-1軸對稱安放，各陣發(fā)射聲中心與拖體固定臺平面垂直，保持在同一平面內(nèi)。拖體后艙為電子艙，水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2及其發(fā)射電源系統(tǒng)23、接線盒3，安裝在拖體后艙，后艙不注水，但超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2及其發(fā)射電源系統(tǒng)23的機箱，采取高靜水壓下的密封和固體熱傳導技術，接線盒3為水密接線盒，能滿足環(huán)境適應性要求。
下面結合圖3、圖4、圖5、圖6，詳細描述本實用新型實施例的水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)的工作過程。
圖3給出本實用新型水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)的組成框圖。水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2由信號源與控制電路21、多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22和發(fā)射電源系統(tǒng)23組成。信號源與控制電路21由程控模擬信號源211、控制微機CPU212和故障檢測電路213組成。為了綜合考慮聲波頻帶寬度對海底地層的分辨率、聲波工作頻率對海底地層的穿透率和傳播衰減的影響，多陣多頻帶發(fā)射功率放大增益的非均勻加權系數(shù)由CPU來計算、生成和傳送，并采用程控超寬帶多陣多頻段非均勻加權模擬信號源的輸出幅度來調(diào)整線性功率放大的發(fā)射增益，實現(xiàn)聲波對地層的穿透率與分辨率及其傳播達到優(yōu)化選擇和控制。發(fā)射調(diào)制方式采用分頻段線性調(diào)頻以及鐘形包絡發(fā)射技術，有效提高聲陣的發(fā)射工作頻帶寬度以及水聲信號回波檢測性能和海底地層的分辨率，保證超寬帶多陣組合發(fā)射的各相鄰工作頻段邊緣的合理重疊和無縫搭接。
本實用新型的水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)的程控模擬信號源與多路功率放大及匹配網(wǎng)絡組成框圖如圖4所示。程控模擬信號源211包括數(shù)字信號源2111、8位并行接口2112、D/A轉換器2113和程控增益放大器2114以及控制微機CPU212。多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22可有I到N路功率放大及匹配網(wǎng)絡，每路功率放大及匹配網(wǎng)絡由帶通濾波221、移相器222、線性功率放大器223、變壓器匹配網(wǎng)絡224構成。程控模擬信號源211的輸出送到多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22，發(fā)射電源系統(tǒng)23輸出為功率放大及匹配網(wǎng)絡22供電，多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22輸出經(jīng)接線盒3加到組合聲陣系統(tǒng)1。
圖5給出本實用新型實施例的發(fā)射電源系統(tǒng)組成框圖，發(fā)射電源系統(tǒng)(23)包括直流變換器(231)和電容儲能電源(232)；水面平臺配電輸送375V經(jīng)拖纜5加到直流變換器(231)輸入端，經(jīng)DC/DC變換，輸出兩組低壓直流±15V和±5V，一路高壓直流190VDC，±15V和+5V給水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)2的數(shù)字和模擬電路供電，190VDC送電容儲能電源(232)輸入端，電容儲能電源(32)輸出分別給多路功率放大及匹配網(wǎng)絡(22)的各路線性功放(223I)、(223II)、(223III)供電，把水面平臺拖纜5上的高壓小電流送給電容儲能電源(232)，發(fā)射時儲能電源(232)為功率放大模塊提供大電流供電，防止發(fā)射時瞬間掉電。
本實用新型水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置實施例組成框圖如圖6所示。多路功率放大及匹配網(wǎng)絡22采用三路，它由I、II和III三路的帶通濾波221、移相器222、線性功率放大器223、變壓器匹配網(wǎng)絡224、控制CPU212以及發(fā)射電源系統(tǒng)的DC/DC和電容儲能電源等部分組成。線性功放的輸入信號為線性調(diào)頻信號，采用數(shù)字信號源2111、8位并行接口2112、D/A轉換器2113、程控增益放大器2114組成程控模擬信號源211，程控增益放大器2114采用測量放大器AD524、模擬開關4051及電阻網(wǎng)絡構成，D/A轉換器2113采用具有零點和增益修正功能的AD7846型16位D/A轉換器，選擇供電電壓為±15V，輸出電壓±10V。數(shù)字信號源2111輸出經(jīng)8位并行接口2112送到控制微機CPU212，數(shù)字信號經(jīng)由D/A轉換器2113轉換成模擬信號，D/A轉換器2113的輸出接到程控增益放大器2114輸入端，控制微機CPU212采用W77E58，在CPU的程序控制下，程控增益放大器2114按1.5dB倍率調(diào)整增益，改變輸入功率放大器的線性調(diào)頻信號的幅度，使發(fā)射功率放大實現(xiàn)程控功率分檔和非均勻加權。
程控增益放大器2114輸出的線性調(diào)頻信號同時加到三路功率放大及匹配網(wǎng)絡，每路經(jīng)MAX267型帶通濾波221濾波選通和移相器222移相后，輸入FQL40N50功率放大器223輸入端，功率放大輸出送變壓器匹配網(wǎng)絡224進行功率匹配處理，I、II和III路的匹配網(wǎng)絡224的輸出分別經(jīng)接線盒分送低頻換能器聲陣、中頻換能器聲陣和高頻換能器聲陣。
故障自檢電路213包括故障采樣電路2131和A/D變換2132以及控制微機CPU212，故障采樣電路2131選用DH1082型多路12位模擬A/D數(shù)據(jù)采集模塊，它的三個輸入端接到三路匹配網(wǎng)絡224輸出的分壓端，實時采集三路線性功率放大及匹配網(wǎng)絡的發(fā)射工作狀態(tài)信息，故障采樣電路2131的輸出經(jīng)A/D轉換為數(shù)字信號，送到控制微機CPU的串口，由CPU進行故障判別和指示，用以對發(fā)射工作狀態(tài)實時監(jiān)控。
權利要求1.水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，包括水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)(1)、水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)、接線盒(3)及安裝平臺(4)，其特征在于水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)(1)由低頻寬帶換能器聲陣(11)、中頻寬帶換能器聲陣(12)、高頻寬帶換能器聲陣(13)組合并安裝在同一安裝平臺(4)內(nèi)構成，各頻段寬帶換能器聲陣的輸入端分別通過電纜和接線盒(3)連接到水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)的相應發(fā)射功放及匹配電路的輸出端，水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)(1)置于水或密度與水接近的液體介質中，將水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)送來的調(diào)制電信號轉換成聲波通過介質向水中輻射和傳播；水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)由信號源與控制電路(21)、多路功率放大及匹配網(wǎng)絡(22)和發(fā)射電源系統(tǒng)(23)組成；信號源與控制電路(21)包括程控模擬信號源(211)、控制微機CPU(212)、故障檢測電路(213)；信號源與控制電路(21)的程控模擬信號源(211)在控制微機CPU(212)的控制下，送到多路功率放大及匹配網(wǎng)絡(22)，各路功率放大及匹配網(wǎng)絡的輸出經(jīng)接線盒(3)加到水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)(1)相應的寬帶換能器聲陣。
2.根據(jù)權利要求1所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，其特征在于在水聲超寬帶組合聲陣系統(tǒng)(1)中，其中低頻寬帶換能器聲陣(11)至少包含1個低頻聲學特性良好的寬帶稀土圓環(huán)型換能器，或合理選用寬帶雙激勵縱向換能器；中頻寬帶換能器聲陣(12)至少包含1個中頻聲學特性良好的寬帶溢流環(huán)型換能器，或縱向振動彎曲型換能器；高頻寬帶換能器聲陣(13)至少包含1個高頻聲學特性良好的寬帶匹配層型換能器；多個頻段寬帶換能器聲陣安裝時將發(fā)射聲中心調(diào)整在同一個平面內(nèi)，并且發(fā)射聲波時相互不阻擋。
3.根據(jù)權利要求1所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，其特征在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)的程控模擬信號源(211)包括數(shù)字信號源(2111)、8位并行接口(2112)、D/A轉換(2113)和程控增益放大器(2114)；8位并行接口(2112)的接收端連接數(shù)字信號源(2111)的輸出端，其輸出加到控制微機CPU(212)的并行接口，CPU(212)的串行接口把接收到的發(fā)射命令和發(fā)射參數(shù)控制也送往CPU，經(jīng)控制微機CPU解算處理，生成并向D/A轉換電路(2113)輸入端傳送數(shù)字信號，D/A轉換電路(2113)把數(shù)字信號轉換為模擬信號，D/A轉換電路(2113)的輸出端連接在程控增益放大器(2114)的輸入端，CPU向程控增益放大器(2114)發(fā)送加權參數(shù)和發(fā)射參數(shù)控制命令，在微機控制下，程控增益放大器(2114)輸出的程控模擬信號加到多路功率放大及匹配網(wǎng)絡(22)的輸入端。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，其特征在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)的多路功率放大及匹配網(wǎng)絡(22)的每路功率放大及匹配網(wǎng)絡包括帶通濾波器(221)、移相器(222)、線性功率放大器(223)和阻抗匹配網(wǎng)絡(224)；帶通濾波器(221)的輸入端連接程控模擬信號源(211)的程控增益放大器(2114)輸出端，帶通濾波器(221)輸出的本路頻段選通的信號加到移相(222)的輸入端，移相器(222)的輸出端連接到線性功率放大器(223)輸入端，線性功率放大(223)的輸出加到本路阻抗匹配網(wǎng)絡，經(jīng)匹配處理的線性功率放大信號通過接線盒(3)送往相應的寬帶換能器聲陣；每路的移相器(222)使同步加到各路功率放大輸入端的發(fā)射信號相應點對點的相位同相。
5.根據(jù)權利要求1或3所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，其特征在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)的信號源與控制電路(21)的故障自檢電路(213)包括故障采樣電路(2131)和A/D變換(2132)以及控制微機CPU(212)；故障采樣電路(2131)的多個輸入端接在各路匹配網(wǎng)絡(224)的輸出分壓端，其輸出經(jīng)A/D轉換，送到控制微機CPU(212)的串行接口，微機CPU對發(fā)射故障進行判別和監(jiān)控。
6.根據(jù)權利要求4所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，其特征在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)的信號源與控制電路(21)的故障自檢電路(213)包括故障采樣電路(2131)和A/D變換(2132)以及控制微機CPU(212)；故障采樣電路(2131)的多個輸入端接在各路匹配網(wǎng)絡(224)的輸出分壓端，其輸出經(jīng)A/D轉換，送到控制微機CPU(212)的串行接口，微機CPU對發(fā)射故障進行判別和監(jiān)控。
7.根據(jù)權利要求1或3所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，其特征在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)的發(fā)射電源系統(tǒng)(23)包括直流變換器(231)和電容儲能電源(232)；直流變換器(231)輸入端經(jīng)水面平臺拖纜(5)連接到水面平臺配電，經(jīng)直流變換器(231)DC/DC變換，輸出兩組低壓直流和一路高壓直流，兩組低壓直流給數(shù)字和模擬電路供電，一路高壓直流送電容儲能電源(232)輸入端，電容儲能電源(232)輸出分別給多路功率放大及匹配網(wǎng)絡(22)的各路線性功放(223I)、(223II)、(223III)供電，把水面平臺拖纜(5)上的高壓小電流送給電容儲能電源(232)，發(fā)射時電容儲能電源(232)為功率放大模塊提供大電流供電。
8.根據(jù)權利要求4所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，其特征在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)的發(fā)射電源系統(tǒng)(23)包括直流變換器(231)和電容儲能電源(232)；直流變換器(231)輸入端經(jīng)水面平臺拖纜(5)連接到水面平臺配電，經(jīng)直流變換器(231)DC/DC變換，輸出兩組低壓直流和一路高壓直流，兩組低壓直流給數(shù)字和模擬電路供電，一路高壓直流送電容儲能電源(232)輸入端，電容儲能電源(232)輸出分別給多路功率放大及匹配網(wǎng)絡(22)的各路線性功放(223I)、(223II)、(223III)供電，把水面平臺拖纜(5)上的高壓小電流送給電容儲能電源(232)，發(fā)射時電容儲能電源(232)為功率放大模塊提供大電流供電。
9.根據(jù)權利要求5所述的水聲超寬帶組合聲陣與發(fā)射裝置，其特征在于水聲超寬帶多陣發(fā)射系統(tǒng)(2)的發(fā)射電源系統(tǒng)(23)包括直流變換器(231)和電容儲能電源(232)；直流變換器(231)輸入端經(jīng)水面平臺拖纜(5)連接到水面平臺配電，經(jīng)直流變換器(231)DC/DC變換，輸出兩組低壓直流和一路高壓直流，兩組低壓直流給數(shù)字和模擬電路供電，一路高壓直流送電容儲能電源(232)輸入端，電容儲能電源(232)輸出分別給多路功率放大及匹配網(wǎng)絡(22)的各路線性功放(223I)、(223II)、(223III)供電，把水面平臺拖纜(5)上的高壓小電流送給電容儲能電源(232)，發(fā)射時電容儲能電源(232)為功率放大模塊提供大電流供電。
專利摘要本實用新型涉及用于水下聲學探測的聲波發(fā)射的換能器組合聲陣及發(fā)射系統(tǒng)裝置，提出了采用分頻段多型振動模式發(fā)射換能器聲陣合成技術與多陣發(fā)射技術，實現(xiàn)海洋探測儀器對掃頻信號組合的任意選擇以及發(fā)射工作參數(shù)程控調(diào)整，提供了一種水聲超寬帶組合聲陣和發(fā)射系統(tǒng)裝置的實施例，使儀器的超寬帶組合聲陣發(fā)射工作于最佳狀態(tài)，適用于不同地層、分辨率和地層穿透深度的探測要求。創(chuàng)新的水聲超寬帶換能器聲陣組合和發(fā)射技術，還可適用于水下通信、遙測等其它海洋儀器。
文檔編號G01S7/524GK2793746SQ20042011071
公開日2006年7月5日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權日2004年11月26日
發(fā)明者周利生, 張軍, 夏鐵堅, 王福林, 范進良, 沈鐵東, 劉強, 陶春輝, 戴琪華 申請人:中國船舶重工集團公司第七一五研究所, 國家海洋局第二海洋研究所, 亞迪技術開發(fā)(上海)有限公司