一種用于實驗教學的水下聲源系統技術方案

一種用于實驗教學的水下聲源系統，屬于水聲工程及實驗教學技術領域。這個系統是由水下發射換能器、水下接收換能器、可伸縮支架、水面行車系統、信號發生器、功率放大器、電荷放大器、數據采集系統及手持筆記本電腦組成。該系統能夠用于水聲工程專業聲吶模擬實驗教學、水下聲源定位實驗，可以實現多信號、多角度、多深度的聲源聲場的實時測量。優點：該系統采用實驗常用設備，充分利用現有的實驗資源，形成收發聲吶合置的水下聲源系統，能有效改善目前工科院校中水聲工程專業實驗教學設備較少且設備價格昂貴情況，并能夠進行簡單聲源定位與目標回波識別實驗，提升學生自主實驗創新能力。

An underwater acoustic source system for experimental teaching

The utility model relates to an underwater acoustic source system used for experimental teaching, belonging to the technical field of underwater acoustic engineering and experimental teaching. This system is composed of underwater transducer, underwater receiving transducer, the telescopic bracket, the water driving system, signal generator, power amplifier, charge amplifier, data acquisition system and handheld notebook computer. The system can be used in sonar simulation experiment teaching and underwater acoustic source localization experiment of underwater acoustic engineering, and can realize real-time measurement of sound field of multi signal, multi angle and multi depth sound sources. Advantages: the system uses common experimental equipment, fully utilizing the existing resources, the formation of sound source system transceiver for receiving underwater sonar, can effectively improve the underwater acoustic engineering engineering college experimental teaching equipment and less expensive equipment, and be able to carry out simple sound source localization and target recognition experiment, enhance students' autonomy experiment innovation ability.

【技術實現步驟摘要】
一種用于實驗教學的水下聲源系統
本專利技術涉及一種用于實驗教學的水下聲源系統，屬于水聲工程及實驗教學

技術介紹
聲吶是利用水下聲波判斷海洋中物體的存在、位置及類型的方法和設備，在水聲工程專業中，聲吶的使用是整個水聲工程專業的基礎。軍事上，聲吶應用于水下目標的探測、定位及追蹤、水下武器的射擊指揮、水下通信、水雷探測、水下導航等方面。隨著海洋事業的發展，聲吶開始廣泛應用于回波探測、海底地貌繪制、海洋地質考查、魚群探測、遙控探測等民用方面。第二次世界大戰后至今，局部戰爭從未間斷，由于核動力潛艇的出現，反潛問題受到各國空前的重視，這其中聲吶技術發展與創新顯得尤為重要。水聲工程專業主要研究聲吶的創新與應用，一個良好的實驗聲吶系統對于提升學生自主創新能力，開拓學生的知識眼界有重要作用。然而，現今我國主要的聲學研究所并沒有成熟的用于實驗教學的水下聲源系統，嚴重影響了師生日常的實驗教學，這對于培養我國水聲人才，提高聲吶創新性無疑是不利的。為了水聲工程專業教學障礙，促進學生學習熱情，本專利技術利用常規設備，自行設計了用于實驗教學的水下聲源系統，該專利技術是一種基于發射換能器與接收換能器的聲場實時在線測量系統，能夠準確測量多信號、多角度、多深度的發射聲場變化，對聲場進行直接有效的監測。
技術實現思路
本專利技術提供了一種用于實驗教學的水下聲源系統，它可以應用于簡單聲吶的模擬實驗教學，能夠應用于簡單的聲源識別定位實驗，并且充分利用水聲實驗室的常用實驗器材，很好地完成了水聲工程專業的教學任務，降低了實驗教學費用。本專利技術采用的技術方案是：一種用于實驗教學的水下聲源系統，它包括水面行車系統、可伸縮支架、數據采集系統和手持筆記本電腦，它還包括水下發射換能器、水下接收換能器、信號發生器、功率放大器和電荷放大器，所述信號發生器通過設定好信號相關參數，控制輸出脈沖信號、斜坡信號、三角波信號和正弦信號；所述水下發射換能器和水下接收換能器安裝在可伸縮支架上，并將其水平對齊固定好；所述可伸縮支架安裝在水面行車系統上，形成可伸縮支架與水面行車系統的柔性連接；所述信號發生器與功率放大器相結合驅動水下發射換能器發出聲源信號，經電荷放大器的信號放大處理與數據采集系統相連；所述水下接收換能器經電荷放大器的信號放大處理與數據采集系統相連接，水下接收換能器布置在水池內接收處理水下發射換能器發射的聲場信息，一般需布置多個水下接收換能器進行信號的接收；所述筆記本電腦與數據采集系統連接，通過筆記本電腦內數據處理軟件對接收到的信號進行時域、頻域的分析。由于水下聲源系統需要對發射換能器進行功率放大，常規的功率放大器無法滿足水下聲源發聲的功率要求，本專利技術提出一種將多臺線性功率放大器之間進行串聯連接，使其功率變成單臺功率放大器功率的多倍由于電路問題，存在功率損失，經試驗驗證，該方法可以滿足水下聲源的發聲功率需求。本專利技術的有益效果是：這種實驗教學的水下聲源系統采用實驗常用設備，設計出一種成熟實用的水下聲源系統，該水下聲源系統充分利用現有的實驗資源，形成簡單使用的水下聲源系統對于改善目前水聲工程專業實驗教學設備匱乏，提升學生自助實驗創新能力有重要意義。同時，該水下聲源系統可以模擬簡單聲吶系統，可用于相關的科研項目，對于提升我國聲吶技術有重要作用。附圖說明圖1是一種用于實驗教學的水下聲源系統的示意圖。圖中：1、水面行車系統，2、可伸縮支架，3、水下發射換能器，4、水下接收換能器，5、信號發生器，6、功率放大器，7、電荷放大器，8、數據采集系統，9、手持筆記本電腦。具體實施方式以下參照附圖對本專利技術的結構做進一步描述。圖1示出了一種用于實驗教學的水下聲源系統的示意圖。圖中，這種用于實驗教學的水下聲源系統包括水面行車系統1、可伸縮支架2、數據采集系統8、手持筆記本電腦9、水下發射換能器3、水下接收換能器4、信號發生器5、功率放大器6和電荷放大器7。信號發生器5設定輸出信號相關參數，控制輸出脈沖信號、斜坡信號、三角波信號和正弦信號。水下發射換能器3和水下接收換能器4安裝在可伸縮支架2上，并且水平對齊。可伸縮支架2安裝在水面行車系統1上，可伸縮支架2與水面行車系統1成柔性連接。信號發生器5與功率放大器6相結合驅動水下發射換能器3發出聲源信號，經電荷放大器7的信號放大處理與數據采集系統8相連。水下接收換能器4布置在水池內接收處理水下發射換能器3發射的聲場信息，水下接收換能器4經電荷放大器7的信號放大處理與數據采集系統相連接。筆記本電腦9與數據采集系統8連接，通過筆記本電腦9對接收到的信號進行時域、頻域的分析。采用上述的技術方案，水下發射換能器3與水下接收換能器4安裝在可伸縮支架2上并水平固定對齊，可伸縮支架2通過柔性鏈接安裝在水面行車系統1上，通過水面行車系統1移動調整聲源測試點位置，信號發生器5與功率放大器6相結合激勵水下發射換能器3發射聲場，水下發射換能器3與水下接收換能器4經電荷放大器7與數據采集系統8連接，手持筆記本電腦9與數據采集系統8連接控制發射聲場信號與接收處理采集的聲場信息。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于實驗教學的水下聲源系統，它包括水面行車系統（1）、可伸縮支架（2）、數據采集系統（8）和手持筆記本電腦（9），其特征是：它還包括水下發射換能器（3）、水下接收換能器（4）、信號發生器（5）、功率放大器（6）和電荷放大器（7），所述信號發生器（5）設定輸出信號相關參數，控制輸出脈沖信號、斜坡信號、三角波信號和正弦信號；所述水下發射換能器（3）和水下接收換能器（4）安裝在可伸縮支架（2）上，并且水平對齊；所述可伸縮支架（2）安裝在水面行車系統（1）上，可伸縮支架（2）與水面行車系統（1）成柔性連接；所述信號發生器（5）與功率放大器（6）相結合驅動水下發射換能器（3）發出聲源信號，經電荷放大器（7）的信號放大處理與數據采集系統（8）相連；所述水下接收換能器（4）布置在水池內接收處理水下發射換能器（3）發射的聲場信息，水下接收換能器（4）經電荷放大器（7）的信號放大處理與數據采集系統相連接；所述筆記本電腦（9）與數據采集系統（8）連接，通過筆記本電腦（9）對接收到的信號進行時域、頻域的分析。

【技術特征摘要】
1.一種用于實驗教學的水下聲源系統，它包括水面行車系統（1）、可伸縮支架（2）、數據采集系統（8）和手持筆記本電腦（9），其特征是：它還包括水下發射換能器（3）、水下接收換能器（4）、信號發生器（5）、功率放大器（6）和電荷放大器（7），所述信號發生器（5）設定輸出信號相關參數，控制輸出脈沖信號、斜坡信號、三角波信號和正弦信號；所述水下發射換能器（3）和水下接收換能器（4）安裝在可伸縮支架（2）上，并且水平對齊；所述可伸縮支架（2）安裝在水面行車系統...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉松，黎勝，管官，于大鵬，李茂發，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21