一种数字式水下噪声测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型是一种数字式水下噪声测量装置，属水声测量【技术领域】。装置由接收水听器、信号前放模块、点对点光端机和计算机组成，点对点光端机分由点对点光端机的水下节点与点对点光端机的岸上节点两个独立部份组成，两个独立部份之间通过光缆连接；接收水听器安装在水下升降式测量浮筒外，信号前放模块安装于浮筒内，接收水听器通过导线与信号前放模块连接，点对点光端机的水下节点安装于座底式水密电子舱内，点对点光端机的岸上节点和计算机置于岸上测量机房，信号前放模块连接通过导线与点对点光端机连接，点对点光端机的岸上节点通过以太网与计算机连接，计算机硬盘实时记录全部数据。
【专利说明】一种数字式水下噪声测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种数字式水下噪声测量装置，适用于水面、水下航行体辐射噪声及水下环境噪声的信号采集、传输、记录及分析处理。属水声测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]水下噪声测量系统主要用于水面、水下航行体辐射噪声监听及水声环境特性监测等。现有系统一般采用模拟信号测量方式，其工作原理为:布放于水下的水听器接收到水声信号后，送前放电路进行放大后通过差分传输的方式送岸上信号处理设备进行处理，然后利用磁带机记录模拟信号；试验结束后，磁带机回放数据，利用示波器和频谱分析仪等设备、仪器对模拟信号进行分析和处理，得出测量结果。该方式优点是技术成熟，可以借助信号记录仪、频谱分析仪等先进的仪器进行分析处理，缺点是:一、虽然采用了差分传输方式，但信号传输距离受电缆等条件限制难以大幅增加，并且模拟信号(电信号)在传输过程中仍然容易受到干扰，影响测量结果；二、试验操作流程复杂，且对使用人员的专业技能要求较高；三、信号记录仪、频谱分析仪等设备较为昂贵，维护、维修成本较高，设备研制和试验使用中的费效比较高。
[0003]随着光纤通信技术的成熟和计算机软硬件技术、网络技术的不断进步，数字化、简单化和智能化已经成为了水声测量设备研制的发展趋势，同时，水下噪声测量系统对测量精度、信号传输距离等要求也越来越高，因此，有必要设计更加可行、有效的测量方案。
【发明内容】
[0004]本实用新型针对上述模拟信号测量方式的不足，发明一种数字式水下噪声测量装置。它基于光纤数字化传输并应用计算机进行信号分析处理的水下噪声测量装置，让信号传输和处理结构上实现了光电隔离，提高了测量系统的抗干扰能力。
[0005]本实用新型是通过下列结构完成的:数字式水下噪声测量装置由接收水听器、信号前放模块、点对点光端机和计算机组成，其中点对点光端机分由点对点光端机的水下节点与点对点光端机的岸上节点两个独立部份组成，两个独立部份之间通过光缆连接；
[0006]接收水听器安装在水下升降式测量浮筒外，信号前放模块安装于浮筒内，接收水听器通过导线与信号前放模块连接，点对点光端机的水下节点安装于座底式水密电子舱内，点对点光端机的岸上节点和计算机置于岸上测量机房，信号前放模块连接通过导线与点对点光端机连接，点对点光端机的水下节点与点对点光端机的岸上节点通过光纤连接，点对点光端机的岸上节点通过以太网与计算机连接，计算机硬盘实时记录全部数据。
[0007]所述的点对点光端机由前端的点对点光端机水下节点和后端的点对点光端机的岸上节点组成，前端的点对点光端机水下节点与后端的点对点光端机的岸上节点之间通过光缆接通；其中前端的点对点光端机水下节点由抗混叠滤波电路，A/D转换电路和电/光转换电路顺序连接而成，后端的点对点光端机岸上节点由光/电转换电路和数据打包组成。
[0008]所述的信号前放模块由信号放大和信号转换电路组成。
[0009]该装置工作原理为:放置在水面下的接收水听器接收到水声信号，水声信号经信号前放模块进行放大处理后，以差分模拟信号的形式接入点对点光端机的水下节点，点对点光端机的水下节点将模拟差分信号进行A/D转换先变换为电/光信号后，再将电/光信号转换为光数字信号后，通过光纤传输至点对点光端机的岸上节点，点对点光端机的岸上节点对信号进行光/电转换后数据打包成以太网能接受物数据包，再传送给计算机，计算机内录硬盘实时记录、显示和存储实验过程中的全部数字信号，供研究之用。
[0010]本实用新型装置具有以下优点:利用光纤通信技术完成了水声信号的数字式传输，加大了信号传输距离，并在信号传输和处理结构上实现光电隔离，提高测量系统的抗干扰能力；本实用新型装置在岸上将光纤数字信号转换为以太网数据包传入计算机，充分利用现代高性能计算机运算速度快、硬盘容量大的优点，实现了高速海量水声数字信号的记录存储。
[0011]本实用新型装置具备信号传输距离远、抗干扰能力强和操作简便的优点，且结构简单、通用性强、成本低廉，可直接应用于水面、水下航行体辐射噪声测量和水下环境噪声测量等领域，具有显著的军事、经济价值和较好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1本装置的结构框图。
[0013]图2本装置的工作原理框图。
[0014]图3本装置的信号转换电路图。
[0015]图4本装置的抗混叠滤波电路图。
[0016]图5本装置的A/D转换电路图。
[0017]图6本装置的电/光转换电路图。
[0018]图7本装置数据记录流程的示意图。
[0019]图8本装置对存储实验信号进行后期分析处理的流程图。
[0020]图9本装置的光/电转换电路图。
【具体实施方式】
[0021]本实用新型一种数字式水下噪声测量装置由接收水听器、信号前放模块、点对点光端机和计算机组成，其中点对点光端机分由点对点光端机的水下节点与点对点光端机的岸上节点两个独立部份组成，两个独立部份之间通过光缆连接。
[0022]接收水听器安装在水下升降式测量浮筒外，信号前放模块安装于浮筒内，接收水听器通过导线与信号前放模块连接，点对点光端机的水下节点安装于座底式水密电子舱内，点对点光端机的岸上节点和计算机置于岸上测量机房，信号前放模块连接通过导线与点对点光端机连接，点对点光端机的水下节点与点对点光端机的岸上节点通过光纤连接，点对点光端机的岸上节点通过以太网与计算机连接，计算机硬盘实时记录全部数据。
[0023]所述点对点光端机由前端的点对点光端机水下节点和后端的点对点光端机的岸上节点组成；其中前端的点对点光端机水下节点由抗混叠滤波电路，A/D转换电路和电/光转换电路顺序连接而成，后端的点对点光端机岸上节点由电/光转换电路和数据打包连接组成。
[0024]所述信号前放模块由信号放大和信号转换电路组成。
[0025]本实用新型数字式水下噪声测量装置包括接收水听器、信号前放模块、点对点光端机和实时数据显示、记录处理用的计算机。利用本实用新型数字式水下噪声测量装置存储的实验信号，可以进行后期信号回放、分析和处理。结构如图1所示。
[0026]按技术方案研制出水声信号远程采集及记录分析装置的硬件设备，包括:接收水听器、前放模块(信号处理电路如图3所示)、点对点光端机(由抗混叠滤波模块、A/D转换模块和电/光转换模块，与光/电转换电路图和数据打包组成，如图4?图6所示)，选购高性能的通用计算机，配备千兆以太网卡。抗混叠滤波模块、A/D转换模块、电/光转换模块和光/电转换电路图市场都有销售模块。
[0027]安装连接装置并布放于测量水域:其中接收水听器安装在水下升降式测量浮筒夕卜，信号前放模块安装于浮筒内，点对点光端机的水下节点安装于座底式水密电子舱内，点对点光端机的岸上节点和用于数据记录、分析处理计算机置于岸上测量机房，计算机内可以安装数据记录器，为进行后期处理，可再安装信号分析处理软件。
[0028]信号采集时，装置开机，运行记录水声信号数据，进行水声信号的实时采集、显示和数据记录工作。采集结束后，进行后期数据分折处理，可使用噪声数据分析处理软件进行数据的试后分析处理，得出测量结果并形成测试报告。
[0029]试验结束后，人们还可以通过专门信号分析处理软件，对存储在计算机内的数据进行回放、分析和处理数据等各种研究，进一步获得不同结果，完成水下噪声的测量。其工作原理如图2所示。
[0030]人们可以利用本装置存储的数据进行后期处理，则可以依据原始以太网数据协议再开发设计一些水声信号数据记录软件和噪声数据分析处理软件。其中数据记录软件采用VC++进行开发设计,结合网络编程技术、内存映射及多线程等Windows核心编程技术完成高速海量数据的记录存储，程序流程如图7所示；分析处理软件可以采用Matlab工具进行开发设计，充分利用其强大的科学计算和可视化功能来完成试后的后期数据回放、处理、分析和结果显示，程序流程如图8所示。
[0031]本装置后期处理工作可以用一台计算机模拟替代了以前的示波器、数据记录仪和频谱分析仪等贵重仪器，大大提高了噪声测量系统的智能化水平，简化了测量试验的操作流程，降低了对试验操作人员的专业技能要求和设备研制、使用中的费效比。
[0032]本发明基于光纤数字化传输和计算机分析处理的水下噪声信号测量方案，研制一种数字式水下噪声测量装置。该装置应用光纤通信技术进行水声信号的数字式传输，利用现代高性能计算机运算速度快、硬盘容量大的优点，结合应用软件进行数据存储记录及分析处理，完成水下噪声信号的采集、传输、记录和分析处理。
【权利要求】
1.一种数字式水下噪声测量装置，其特征在于噪声测量装置由接收水听器、信号前放模块、点对点光端机和计算机组成，其中点对点光端机分由点对点光端机的水下节点与点对点光端机的岸上节点两个独立部份组成，两个独立部份之间通过光缆连接； 接收水听器安装在水下升降式测量浮筒外，信号前放模块安装于浮筒内，接收水听器通过导线与信号前放模块连接，点对点光端机的水下节点安装于座底式水密电子舱内，点对点光端机的岸上节点和计算机置于岸上测量机房，信号前放模块连接通过导线与点对点光端机连接，点对点光端机的水下节点与点对点光端机的岸上节点通过光纤连接，点对点光端机的岸上节点通过以太网与计算机连接，计算机硬盘实时记录全部数据。
2.根据权利要求1所述的数字式水下噪声测量装置，其特征在于点对点光端机由前端的点对点光端机水下节点和后端的点对点光端机的岸上节点组成，前端的点对点光端机水下节点与后端的点对点光端机的岸上节点之间通过光缆接通；其中前端的点对点光端机水下节点由抗混叠滤波电路，A/D转换电路和电/光转换电路顺序连接而成，后端的点对点光端机岸上节点由光/电转换电路和数据打包组成。
3.根据权利要求1所述的数字式水下噪声测量装置，其特征在于信号前放模块由信号放大和信号转换电路组成。
【文档编号】G01H17/00GK203981270SQ201420434247
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】龚浩亮, 段文海, 马小勤, 邢超 申请人:中国船舶重工集团公司七五○试验场