一种小型化的数字式矢量自容式水听器采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及自容式水听器的领域，具体涉及一种小型化的数字式矢量自容式水听器采集装置。


背景技术：

2.南海作为世界上最重要的贸易航道之一，无论其丰富的自然油气资源，还是其在经济大循环中的突出地位，都对于我国的发展有着举足轻重的作用，所以随着我国南海战略的推进，国家对于各种高精尖的海洋装备的需求与日俱增。海洋相对于陆地有着很多年特殊性，其恶劣的工作环境对投放的采集设备的耐腐蚀性和极端温度下的稳定性都提出了更高要求。与此同时，海洋环境中各式各样的声学信号蕴含着丰富的信息，它们不仅可以反映周边生物群体的生活状况，海底的地质演变进程，还能反映航道上过往船只的运动轨迹和规律，对这些信息的采集，对于海洋资源的开发有着重要意义。传统方式上，我们使用换能器来实现声学信号到电学信号的转化，但这样的信号往往不仅微弱，还掺杂着诸多不在研究目标范围内的信号，研究者若需要准确地从频谱中提取想要的信息，就需要一套高分辨率低功耗的采集设备。本专利所述的采集装置，就承担了这样一个角色。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种小型化的数字式矢量自容式水听器采集装置。其腔体内径小于5cm，长度小于15cm，支持0～5v差分模拟信号输入，分辨率24位，采样率30ksps，在充满电后可支持连续7天以上的数据离线采集任务。
4.本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种小型化的数字式矢量自容式水听器采集装置，包括腔体结构套筒，所述腔体结构套筒为圆柱形筒状结构，在其上端密封设有腔体结构上盖，在其下端密封设置腔体结构下盖，腔体结构下盖上开孔用于插入连接水听器；腔体结构套筒内设有整体结构支架，该整体结构支架的下端固定在腔体结构下盖上，整体结构支架上部固定设置锂电池组；整体结构支架上方与腔体结构上盖之间依次设置有模拟板、数字板和tf卡转接板，其中数字板与模拟板通过接插件电连接，二者固定安装在整体结构支架上，整体结构支架下部靠近水听器连接处设有前放板，前放板与模拟板电连接，前放板用于接收并放大水听器的电信号，并生成模拟信号传输至模拟板，模拟板用于将接收到的模拟信号转化为数字信号并传输至数字板，tf卡转接板通过tf卡转接板固定板固定在数字板上，数字板上设有插槽，该插槽通过软线与tf卡电连接，用于将数字板采集的数字信号传输给tf卡，实现数据采集存储；所述锂电池组与数字板电连接实现供电。
5.作为进一步的技术方案，所述数字板上设有多个485接口，根据应用场景需要挂载电子罗盘进行姿态、方位角数据的采集。
6.作为进一步的技术方案，所述tf卡转接板上还固定有type-c接口固定板，type-c接口固定板上设有type-c接口，该type-c接口与数字板电连接，作为所述485接口的总线触发接口；该type-c接口还与锂电池组电连接，通过外接电路对锂电池组进行充电；type-c接
口固定板上集成有设备采集状态指示灯，用于指示采集装置的工作状态。
7.作为进一步的技术方案，所述腔体结构上盖、腔体结构下盖和腔体结构套筒均采用不锈钢制成，腔体结构套筒的长度小于15cm，腔体结构套筒的内径小于5cm。
8.作为进一步的技术方案，所述模拟板上设有24位的模拟数字转换器，其分辨率为24位，采样率为30ksps。
9.作为进一步的技术方案，所述锂电池组的上下两侧均设置有用于隔离缓冲的泡沫垫。
10.作为进一步的技术方案，所述前放板通过双绞线与模拟板电连接。
11.作为进一步的技术方案，所述水听器与腔体结构下盖之间通过密封圈密封固定。
12.本实用新型的有益效果为：采用type-c接口，该接口的主体结构由铜合金组成，其触点镀金，由于type-c的特性决定了它可以支持正反插，相对于大部分只能单向插入的接插件而言对使用者更方便，尤其在颠簸的海上环境中意义重大。type-c接口上集成了多种功能：1、集成了锂电池组充电接口，用于在锂电池电量不足时使用充电器进行充电，从而无需拆卸即可重复使用装置。2、集成了485总线触发接口，该总线拥有多个显著优点，首先485接口的高电平差分传输特性，决定了使用者在远距离处依然可以通过命令触发设备采集，其次485接口的多机通讯机制决定了使用者可以通过一根总线触发阵列中多个采集装置同步进行采集。3、集成了设备采集状态指示灯，无需开盖即可在腔体外侧获知采集装置目前的工作状态。
附图说明
13.图1为本实用新型的结构示意图。
14.图2为tf卡转接板的安装结构示意图。
15.图3为本实用新型的工作流程示意图。
16.附图标记说明：腔体结构上盖1、tf卡转接板2、数字板3、模拟板4、锂电池组5、整体结构支架6、前放板7、腔体结构下盖8、水听器9、腔体结构套筒10、tf卡11、type-c接口12、type-c接口固定板13、tf卡转接板固定板14、泡沫垫15。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：
18.实施例：如附图1所示，这种小型化的数字式矢量自容式水听器采集装置，包括腔体结构套筒10，所述腔体结构套筒10为圆柱形筒状结构，在其上端密封设有腔体结构上盖1，在其下端密封设置腔体结构下盖8，腔体结构下盖8上开孔用于插入连接水听器9；腔体结构套筒10内设有整体结构支架6，该整体结构支架6的下端固定在腔体结构下盖8上，整体结构支架6上部固定设置锂电池组5；整体结构支架6上方与腔体结构上盖1之间依次设置有模拟板4、数字板3和tf卡转接板2，其中数字板3与模拟板4通过接插件电连接，二者固定安装在整体结构支架6上，整体结构支架6下部靠近水听器9连接处设有前放板7，前放板7通过双绞线与模拟板4电连接，前放板7用于接收并放大水听器9的电信号(优选地，前放板7的增益为26db)，并生成模拟信号传输至模拟板4，模拟板4用于将接收到的模拟信号转化为数字信号并传输至数字板3，tf卡转接板2通过tf卡转接板固定板14固定在数字板3上，数字板3上
设有插槽，该插槽通过软线与tf卡11电连接(方便使用者从上方拿取tf卡11)，用于将数字板3采集的数字信号传输给tf卡11，实现数据采集存储，优选地，tf卡的容量至少为64g，确保其容量足够支持一周的数据存储；所述锂电池组5与数字板3电连接实现供电。
19.所述数字板3上设有多个485接口，根据应用场景需要挂载电子罗盘进行姿态、方位角数据的采集。如图2所示，tf卡转接板2上还固定有type-c接口固定板13，type-c接口固定板13上设有type-c接口12，该type-c接口12与数字板3电连接，作为所述485接口的总线触发接口；该type-c接口12还与锂电池组5电连接，通过外接电路对锂电池组5进行充电；type-c接口固定板13上集成有设备采集状态指示灯，用于指示采集装置的工作状态，无需开盖即可在腔体外侧获知采集装置目前的工作状态。优选地，type-c接口12主体结构由铜合金组成，其触点镀金，由于type-c的特性决定了它可以支持正反插，相对于大部分只能单向插入的接插件而言对使用者更方便，尤其在颠簸的海上环境中意义重大。
20.优选地，腔体结构上盖1、腔体结构下盖8和腔体结构套筒10均采用不锈钢制成，耐腐蚀性好，能承受50mpa的静水压。腔体结构套筒10的长度小于15cm，腔体结构套筒10的内径小于5cm。所述锂电池组5由7节锂电池组成，其总容量为19600mah，锂电池组5的上下两侧均设置有用于隔离缓冲的泡沫垫15。所述水听器9与腔体结构下盖8之间通过密封圈密封固定，水听器9由压电陶瓷组成，其灵敏度为-200db。所述模拟板4上设有24位的模拟数字转换器，其分辨率为24位，采样率为30ksps。所述数字板3的核心采用nxp的mk60dn512vll10，其运算能力出色，可运行在-40℃～105℃温度范围的环境中，主频高达100mhz，接口丰富，支持各种休眠模式，适合各类需要低功耗运行的应用场景。
21.本实用新型的工作过程：如图3所示为本实用新型的工作流程示意图。水听器9由压电陶瓷构成，可以采集压力\x方位\y方位\z方位这4路信号，通过巧妙的设计，把外界环境中微弱的压力信号转化成电信号后，通过前放板7实现小信号的滤波和放大，生成一个干净并且适合长距离传输的模拟信号，并送入下一级电路，模拟板4收到这个信号后，通过24位的高精度adc，转化成为数字信号，把数据暂存在寄存器中，并通过脉冲下降沿来通知后级电路有新的需要取走的数据，数字板3收到下降沿信号之后，通过spi接口从前级电路中取走数据，并暂存在缓存中，等到数据累积到一定数量之后，通过软线传输给tf卡转接板2上的tf卡11，这样即完成了一批数据点的采集。根据水听器阵列中不同水听器的目标信号频率不同，采样率可以设置成1k～30k之间的任意数值。与此同时，数字板3带有多个485接口，可以根据应用场景需要挂载电子罗盘进行姿态、方位角等数据的采集。通过不锈钢材质的腔体结构套筒10和腔体上盖1、腔体结构下盖8，可以把整个采集装置封闭起来，从而完成在深水高压环境下的数据采集任务。
22.可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。