本發(fā)明涉及一種主動(dòng)抵消近場(chǎng)噪聲方法及裝置，屬于高精度信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域，尤其適用于遠(yuǎn)場(chǎng)微弱信號(hào)探測(cè)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中的降噪包括主動(dòng)式降噪和被動(dòng)式降噪，被動(dòng)式降噪大多采用機(jī)械降噪的方式，其降噪效果不佳，主動(dòng)式降噪采用有源消音的原理進(jìn)行降噪，通過安裝一個(gè)降噪器，由降噪器輸出一個(gè)與待消除噪音的頻譜相同，相位相反的消噪信號(hào)實(shí)現(xiàn)其降噪效果。但是，現(xiàn)有的降噪技術(shù)無法區(qū)分遠(yuǎn)近場(chǎng)的噪聲來源，無法針對(duì)近場(chǎng)噪聲特點(diǎn)單獨(dú)消除近場(chǎng)噪聲，從而保留遠(yuǎn)場(chǎng)的聲信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種主動(dòng)抵消近場(chǎng)噪聲的方法及裝置，旨在解決聲音信號(hào)遠(yuǎn)距離探測(cè)過程中，近場(chǎng)噪聲信號(hào)對(duì)探測(cè)干擾的問題。利用本發(fā)明提供的方法及裝置，可以有效抵消近場(chǎng)噪聲，提高探測(cè)距離的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種主動(dòng)抵消近場(chǎng)噪聲方法，包括：

采用兩個(gè)靈敏度不同、置于相同水環(huán)境中的水聽器作為探測(cè)傳感器，每個(gè)水聽器將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；輸出信號(hào)分別接一個(gè)前置放大器進(jìn)行放大，使得水聽器的信號(hào)能夠滿足辨識(shí)和控制的需要；其中，靈敏度高的水聽器可以接收到遠(yuǎn)場(chǎng)(遠(yuǎn)距離)的水聲信號(hào)和近場(chǎng)(近距離)的水聲信號(hào)，而靈敏度低的水聽器只能接收到近場(chǎng)的水聲信號(hào)；

靈敏度低的水聽器輸出的電信號(hào)經(jīng)過前置放大器放大后，通過調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)并將信號(hào)反向，輸入到靈敏度高的水聽器中作為控制信號(hào)；敏度高的水聽器內(nèi)部包括聲電轉(zhuǎn)換部分和電聲轉(zhuǎn)換部分，電聲轉(zhuǎn)換部分接收調(diào)節(jié)裝置發(fā)送的控制信號(hào)，產(chǎn)生與近場(chǎng)水聲相位相反的振動(dòng)，與近場(chǎng)水聲在聲電轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生的振動(dòng)相互抵消，抑制近場(chǎng)水聲的影響，使靈敏度高的水聽器只輸出小幅值的遠(yuǎn)場(chǎng)水聲信號(hào)，該信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍符合前置放大器的動(dòng)態(tài)范圍要求，從而能夠?qū)⒃撔盘?hào)輸入對(duì)應(yīng)的前置放大器進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離水聲信號(hào)的有效探測(cè)。

進(jìn)一步地，所述水聽器為壓電水聽器或光纖水聽器。

進(jìn)一步地，兩個(gè)水聽器均為壓電水聽器，靈敏度高的水聽器的聲電轉(zhuǎn)換部分與電聲轉(zhuǎn)換部分均采用相同的壓電材料；其中，聲電轉(zhuǎn)換部分一端連接外部頂蓋，接收水下環(huán)境傳來的聲信號(hào)，聲電轉(zhuǎn)換部分另一端與電聲轉(zhuǎn)換部分剛性相連，電聲轉(zhuǎn)換部分收到由靈敏度低的水聽器輸出的經(jīng)過幅值調(diào)整以及相位反向的信號(hào)，產(chǎn)生與近場(chǎng)水聲信號(hào)幅值相同、相位相反的振動(dòng)，從而抵消近場(chǎng)水聲信號(hào)引起的聲電轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生的振動(dòng)，使靈敏度高的水聽器只輸出遠(yuǎn)距離傳播過來的聲信號(hào)。

進(jìn)一步地，兩個(gè)水聽器均為光纖水聽器，對(duì)于靈敏度高的水聽器：首先將一段光纖依次纏繞并固定在不同的結(jié)構(gòu)體上，其中一個(gè)結(jié)構(gòu)體由壓力敏感材料制作，將該部分置入一個(gè)與外部環(huán)境相通的腔體中，它會(huì)感受到水聲的壓力變化產(chǎn)生形變，從而改變光纖腔長的變化，而腔長變化會(huì)導(dǎo)致光在光纖中傳播時(shí)間變化，傳播時(shí)間變化導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化出的電信號(hào)發(fā)生變化，電信號(hào)的變化和水聲信號(hào)的變化相對(duì)應(yīng)；為了抵消近場(chǎng)水聲的影響，另一個(gè)結(jié)構(gòu)體采用壓電材料制作，它完全封閉在一個(gè)獨(dú)立的腔體內(nèi)，不會(huì)受到水聲的影響，它收到由靈敏度低的水聽器輸出的經(jīng)過幅值調(diào)整以及相位反向的控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的形變，該形變同樣會(huì)引起光纖長度的變化，這一段光纖長度的變化剛好和前一段光纖變化的長度相等且變化方向相反，因此產(chǎn)生了光程抵消，使得最終從光纖中輸出光的時(shí)間變化僅僅與遠(yuǎn)場(chǎng)水聲信號(hào)相對(duì)應(yīng)，與近場(chǎng)水聲信號(hào)無關(guān)，這樣通過光電探測(cè)器最終輸出的電信號(hào)就是遠(yuǎn)距離傳播過來的聲信號(hào)。

進(jìn)一步地，靈敏度低的水聽器的前置放大器和調(diào)節(jié)裝置這兩個(gè)環(huán)節(jié)可以通過一級(jí)反向放大電路來實(shí)現(xiàn)。

一種主動(dòng)抵消近場(chǎng)噪聲裝置，該裝置包括：第一水聽器、第二水聽器、第一前置放大器、第二前置放大器和調(diào)節(jié)裝置；所述第一水聽器和第二水聽器置于相同水環(huán)境中，且第一水聽器的靈敏度高于第二水聽器；所述第一水聽器包括聲電轉(zhuǎn)換部分和電聲轉(zhuǎn)換部分，第一水聽器的輸出端連接第一前置放大器；所述第二水聽器、第二前置放大器、調(diào)節(jié)裝置、電聲轉(zhuǎn)換部分依次連接；所述第二水聽器輸出的電信號(hào)經(jīng)過第二前置放大器放大后，通過調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)并將信號(hào)反向，輸入到第一水聽器中的電聲轉(zhuǎn)換部分作為控制信號(hào)；電聲轉(zhuǎn)換部分接收調(diào)節(jié)裝置發(fā)送的控制信號(hào)，產(chǎn)生與近場(chǎng)水聲相位相反的振動(dòng)，與近場(chǎng)水聲在聲電轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生的振動(dòng)相互抵消，使第一水聽器只輸出遠(yuǎn)場(chǎng)水聲信號(hào)；第一水聽器輸出的電信號(hào)經(jīng)過第一前置放大器放大后輸出。

本發(fā)明的有益效果是：可以在探測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)聲音信號(hào)的同時(shí)，有效消除近場(chǎng)噪聲的干擾，提高了探測(cè)的距離、精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的壓電水聽器降噪示意圖；

圖2是本發(fā)明的光纖水聽器降噪示意圖；

圖3是高靈敏度光纖水聽器示意圖；

圖中：第一水聽器1、聲電轉(zhuǎn)換部分2、第一前置放大器3、電聲轉(zhuǎn)換部分4、第二水聽器6、調(diào)節(jié)裝置5、第二前置放大器7、與外界相通的腔體8、獨(dú)立的腔體9。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供的一種主動(dòng)抵消近場(chǎng)噪聲方法，包括：

采用兩個(gè)靈敏度不同、置于相同水環(huán)境中的水聽器作為探測(cè)傳感器，每個(gè)水聽器將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出；輸出信號(hào)分別接一個(gè)前置放大器進(jìn)行放大，使得水聽器的信號(hào)能夠滿足辨識(shí)和控制的需要；其中，靈敏度高的水聽器可以接收到遠(yuǎn)場(chǎng)(遠(yuǎn)距離)的水聲信號(hào)和近場(chǎng)(近距離)的水聲信號(hào)，而靈敏度低的水聽器只能接收到近場(chǎng)的水聲信號(hào)；

靈敏度低的水聽器輸出的電信號(hào)經(jīng)過前置放大器放大后，通過調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)并將信號(hào)反向，輸入到靈敏度高的水聽器中作為控制信號(hào)；敏度高的水聽器內(nèi)部包括聲電轉(zhuǎn)換部分和電聲轉(zhuǎn)換部分，電聲轉(zhuǎn)換部分接收調(diào)節(jié)裝置發(fā)送的控制信號(hào)，產(chǎn)生與近場(chǎng)水聲相位相反的振動(dòng)，與近場(chǎng)水聲在聲電轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生的振動(dòng)相互抵消，抑制近場(chǎng)水聲的影響，使靈敏度高的水聽器只輸出小幅值的遠(yuǎn)場(chǎng)水聲信號(hào)，該信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍符合前置放大器的動(dòng)態(tài)范圍要求，從而能夠?qū)⒃撔盘?hào)輸入對(duì)應(yīng)的前置放大器進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離水聲信號(hào)的有效探測(cè)。

本發(fā)明提供的一種主動(dòng)抵消近場(chǎng)噪聲裝置，如圖1所示，包括：第一水聽器1、第二水聽器6、第一前置放大器3、第二前置放大器7和調(diào)節(jié)裝置5；所述第一水聽器1和第二水聽器6置于相同水環(huán)境中，且第一水聽器1的靈敏度高于第二水聽器6；

所述第一水聽器1包括聲電轉(zhuǎn)換部分2和電聲轉(zhuǎn)換部分4，第一水聽器1的輸出端連接第一前置放大器3；所述第二水聽器6、第二前置放大器7、調(diào)節(jié)裝置5、電聲轉(zhuǎn)換部分4依次連接；所述第二水聽器6輸出的電信號(hào)經(jīng)過第二前置放大器7放大后，通過調(diào)節(jié)裝置5進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)并將信號(hào)反向，輸入到第一水聽器1中的電聲轉(zhuǎn)換部分4作為控制信號(hào)；電聲轉(zhuǎn)換部分4接收調(diào)節(jié)裝置5發(fā)送的控制信號(hào)，產(chǎn)生與近場(chǎng)水聲相位相反的振動(dòng)，與近場(chǎng)水聲在聲電轉(zhuǎn)換部分2產(chǎn)生的振動(dòng)相互抵消，使第一水聽器1只輸出遠(yuǎn)場(chǎng)水聲信號(hào)；第一水聽器1輸出的電信號(hào)經(jīng)過第一前置放大器3放大后輸出。

用于主動(dòng)抵消近場(chǎng)噪聲的水聽器分為兩種：一種是壓電水聽器，一種是光纖水聽器。其中靈敏度低的水聽器可以采用現(xiàn)有的商用水聽器，而靈敏度高的水聽器由兩部分結(jié)構(gòu)構(gòu)成，一部分是高靈敏度聲電轉(zhuǎn)換部分，另一部分是低靈敏度電聲轉(zhuǎn)換部分。

對(duì)于采用壓電材料的第一水聽器1，如圖1，聲電轉(zhuǎn)換部分2與電聲轉(zhuǎn)換部分4均采用相同的壓電材料；其中，聲電轉(zhuǎn)換部分2一端連接外部頂蓋，接收水下環(huán)境傳來的聲信號(hào)，聲電轉(zhuǎn)換部分2另一端與電聲轉(zhuǎn)換部分4剛性相連，電聲轉(zhuǎn)換部分4收到由第二水聽器6輸出的經(jīng)過幅值調(diào)整以及相位反向的信號(hào)，產(chǎn)生與近場(chǎng)水聲信號(hào)幅值相同、相位相反的振動(dòng)，從而抵消近場(chǎng)水聲信號(hào)引起的聲電轉(zhuǎn)換部分2產(chǎn)生的振動(dòng)，使第二水聽器6只輸出遠(yuǎn)距離傳播過來的聲信號(hào)。

對(duì)于采用光纖的第一水聽器1，如圖2和3，其近場(chǎng)水聲抵消方法如下：首先將一段光纖依次纏繞并固定在不同的結(jié)構(gòu)體上，其中一個(gè)結(jié)構(gòu)體由壓力敏感材料制作，將該部分置入一個(gè)與外界相通的腔體8中，它會(huì)感受到水聲的壓力變化產(chǎn)生形變，從而改變光纖腔長的變化，而腔長變化會(huì)導(dǎo)致光在光纖中傳播時(shí)間變化，傳播時(shí)間變化導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化出的電信號(hào)發(fā)生變化，電信號(hào)的變化和水聲信號(hào)的變化相對(duì)應(yīng)；為了抵消近場(chǎng)水聲的影響，另一個(gè)結(jié)構(gòu)體采用壓電材料制作，它完全封閉在一個(gè)獨(dú)立的腔體9內(nèi)，不會(huì)受到水聲的影響，它收到由第二水聽器6輸出的經(jīng)過幅值調(diào)整以及相位反向的控制信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的形變，該形變同樣會(huì)引起光纖長度的變化，這一段光纖長度的變化剛好和前一段光纖變化的長度相等且變化方向相反，因此產(chǎn)生了光程抵消，使得最終從光纖中輸出光的時(shí)間變化僅僅與遠(yuǎn)場(chǎng)水聲信號(hào)相對(duì)應(yīng)，與近場(chǎng)水聲信號(hào)無關(guān)，這樣通過光電探測(cè)器最終輸出的電信號(hào)就是遠(yuǎn)距離傳播過來的聲信號(hào)。

如圖1、圖2所示，第二水聽器6的第二前置放大器7和調(diào)節(jié)裝置5這兩個(gè)環(huán)節(jié)可以通過一級(jí)反向放大電路來實(shí)現(xiàn)。