本發(fā)明涉及的是一種水聽器，特別是涉及一種適用于深水使用的多功能自容式水聽器。

背景技術(shù)：

我國是一個臨海大國,海洋開發(fā)技術(shù)具有非常重要的地位。隨著我國經(jīng)濟(jì)活動與世界聯(lián)系越來越緊密,能源戰(zhàn)略、漁業(yè)生產(chǎn)也逐漸由近?；顒愚D(zhuǎn)向了深海大洋,深海水域中的礦藏、海產(chǎn)資源逐漸浮現(xiàn)在人們視野中。因此，深、遠(yuǎn)海環(huán)境要素信息的獲取和預(yù)測對于海洋聲學(xué)研究的發(fā)展來說變得越來越重要。

自容式水聽器是一款自主錄取并存儲聲學(xué)信息的設(shè)備，可以在無人值守的海洋環(huán)境中長期工作。其便捷高效的特點(diǎn)可以滿足多種使用需求，現(xiàn)已成為海洋環(huán)境噪聲研究、海洋聲層分析、地聲參數(shù)反演、水下聲信道特性研究等科研領(lǐng)域不可或缺的重要工具。目前，我國的各科研單位所使用的自容式水聽器主要來自國外的公司和企業(yè)。我國的同類產(chǎn)品與之相比存在一定的差距，有待于創(chuàng)新和提高。

目前國外和國內(nèi)的自容式水聽器存在續(xù)航能力差，連續(xù)工作時(shí)間長度不可調(diào)整、工作參數(shù)不能調(diào)整、工作方式不夠靈活等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在深海條件下能同步獲取深水大尺度范圍內(nèi)不同深度分布的水聲信息的適用于深水使用的多功能自容式水聽器。本發(fā)明的目的還在于提供一種適用于深水使用的多功能自容式水聽器的控制方法。

本發(fā)明的適用于深水使用的多功能自容式水聽器：包括標(biāo)量水聽器、電子艙、電池艙、保護(hù)罩以及配套的顯控軟件，

所述標(biāo)量水聽器用于拾取聲學(xué)信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號，工作帶寬為0.1Hz～160KHz；

所述的電子艙為耐深水壓力的不銹鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部電子設(shè)備由信號調(diào)理單元和控制單元組成，所述信號調(diào)理單元由前級運(yùn)算放大器、可變增益控制電路、帶寬可調(diào)濾波器、后級運(yùn)算放大器和光耦隔離電路組成，前級運(yùn)算放大器、可變增益控制電路、帶寬可調(diào)濾波器、后級運(yùn)算放大器用于對采集到的模擬信號進(jìn)行調(diào)理，光耦隔離電路用于對電路模擬端和數(shù)字端進(jìn)行隔離，所述控制單元包括采集存儲單元和值班單元，所述采集存儲單元包括采樣率可調(diào)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、低功耗單片機(jī)及外圍電路和存儲模塊，采樣率可調(diào)低噪聲模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送給低功耗單片機(jī)，所述采集存儲單元以低功耗單片機(jī)作為主控芯片，負(fù)責(zé)完成采集、存儲、控制協(xié)議解析及執(zhí)行配備以太網(wǎng)接口，所述值班單元包括值班電路、壓力傳感器和具有溫補(bǔ)功能時(shí)鐘芯片，值班電路用于控制對信號調(diào)理單元和采集存儲單元的供電，壓力傳感器用于確定裝置所在深度信息；

所述電池艙為耐深水壓水密結(jié)構(gòu)；

所述的保護(hù)罩用于保護(hù)標(biāo)量水聽器以及電子艙和電池艙的固定，并帶有吊環(huán)；

所述的配套使用顯控軟件，用于完成參數(shù)預(yù)設(shè)、功能設(shè)置、采樣控制和數(shù)據(jù)顯示與分析。

本發(fā)明的適用于深水使用的多功能自容式水聽器還包括GPS、北斗接收機(jī)通信接口以及RS232通信接口，接口通過水密接插件引出，所述配套使用顯控軟件配置有GPS、北斗標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，用于存儲工作地點(diǎn)的位置信息。

本發(fā)明的適用于深水使用的多功能自容式水聽器的存儲模塊為U盤，在電子艙頂端設(shè)置有水密蓋，U盤置于水密蓋中。

本發(fā)明的適用于深水使用的多功能自容式水聽器的控制方法為：具備無纜和有纜兩種工作模式，在無纜工作模式下，由電池艙供電，有定時(shí)和定深兩種啟動存儲方式，定時(shí)啟動是依據(jù)預(yù)先設(shè)定的存儲開啟時(shí)間點(diǎn)及存儲的時(shí)長進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)存儲；定深啟動是依據(jù)預(yù)先設(shè)定的水下深度并結(jié)合壓力傳感器的輸出開啟存儲的工作方式，在有纜工作模式下，通過電纜用直流穩(wěn)壓源或變壓器供電，利用配套的顯控界面經(jīng)網(wǎng)線控制工作，完成存儲啟動和停止、參數(shù)設(shè)置、工作模式選擇、數(shù)據(jù)傳輸及顯示和數(shù)據(jù)分析工作。

所述參數(shù)預(yù)設(shè)是指在入水工作之前，通過配套的顯控界面對采樣率、工作帶寬、系統(tǒng)增益、啟動時(shí)間、存儲時(shí)長和啟動深度工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

本發(fā)明通過將水聲信號采集記錄,研制一種新型的適用于深水條件、低功耗、可定時(shí)、電子艙和電池艙分離、參數(shù)可設(shè)置和無纜和有纜可切換的自容式水聽器。實(shí)現(xiàn)深海條件下,同步獲取深水大尺度范圍內(nèi)不同深度分布的水聲信息。本發(fā)明具有以下特點(diǎn):

1.具備無纜和有纜兩種工作模式:在無纜工作模式下，由電池艙供電，有定時(shí)和定深兩種啟動存儲方式，定時(shí)啟動是依據(jù)預(yù)先設(shè)定的存儲開啟時(shí)間點(diǎn)及存儲的時(shí)長進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)存儲。定深啟動是依據(jù)預(yù)先設(shè)定的水下深度并結(jié)合壓力傳感器的輸出開啟存儲的工作方式。在有纜工作模式下，通過電纜用直流穩(wěn)壓源或變壓器供電，操控員可利用配套的顯控界面經(jīng)網(wǎng)線控制該裝置的工作，可完成存儲啟動和停止、參數(shù)設(shè)置、工作模式選擇、數(shù)據(jù)傳輸及顯示和數(shù)據(jù)分析工作。

2.可預(yù)置參數(shù):可預(yù)置參數(shù)是指在該裝置入水工作之前，可通過配套的顯控界面對采樣率、工作帶寬、系統(tǒng)增益、啟動時(shí)間、存儲時(shí)長、啟動深度等工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；

3.裝置配置有GPS、北斗接收機(jī)通信接口:該裝置配置有RS232通信接口，接口通過水密接插件引出。軟件的配置有GPS、北斗標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，可用于存儲工作地點(diǎn)的位置信息；

4.可編程控制存儲信息的編碼協(xié)議：用戶可根據(jù)需求調(diào)整編碼協(xié)議格式，可供存儲的信息包括：時(shí)間、聲學(xué)數(shù)據(jù)、深度、位置、工作采樣率等。存儲介質(zhì)為U盤，其置于電子艙頂端水密蓋下，測量工作結(jié)束后可打開水密蓋拔出U盤導(dǎo)出和處理數(shù)據(jù)，方便快捷。

附圖說明

圖1是本申請的一種適用于深水使用的多功能自容式水聽器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本申請的一種適用于深水使用的多功能自容式水聽器的電子艙、電池艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本申請的一種適用于深水使用的多功能自容式水聽器的無纜、有纜工作模式示意圖；

圖4是本申請的一種適用于深水使用的多功能自容式水聽器的通信纜連接方式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1，本發(fā)明的適用于深水使用的多功能自容式水聽器包括:標(biāo)量水聽器1、電子艙、電池艙3和保護(hù)罩5組成，電子艙帶有水密蓋4。

所述標(biāo)量水聽器用于拾取聲學(xué)信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號，選用BK公司的8105型水聽器，其工作帶寬為0.1Hz～160KHz、工作深度超過1000米；

所述電子艙用于容置電子設(shè)備。電子設(shè)備包括信號調(diào)理單元、采集存儲單元和值班單元。信號處理單元由前級運(yùn)算放大器、可變增益控制電路、帶寬可調(diào)濾波器、后級運(yùn)算放大器、光耦隔離電路組成。采集控制單元由低功耗MCU、低噪聲采樣率可調(diào)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、U盤組成。值班單元有微功耗單片機(jī)、時(shí)鐘芯片、壓力傳感器以及值班電路組成；

所述電池艙為耐深水壓水密結(jié)構(gòu)，本裝置的電池艙分為幾種規(guī)格，可依據(jù)水下值守的需求配置相應(yīng)的電池艙；

所述的保護(hù)罩用于保護(hù)標(biāo)量水聽器以及電子艙和電池艙的固定，并帶有吊環(huán)便于布放；

圖2為本申請?zhí)峁┑倪m用于深水使用的多功能自容式水聽器的電子艙、電池艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。所述裝置電子艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括:信號調(diào)理單元、采集存儲單元和值班單元。所述裝置電池艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括:電池單元。另外該裝置還包括配套使用的顯控軟件；

所述的信號調(diào)理單元由前級運(yùn)算放大器、可變增益控制電路、帶寬可調(diào)濾波器、后級運(yùn)算放大器、光耦隔離電路、低噪聲采樣率可調(diào)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、超低功耗單片機(jī)和壓力傳感器。運(yùn)算放大器用于放大接收的微弱電信號。可變增益控制電路、帶寬可調(diào)濾波器和采樣率可調(diào)AD轉(zhuǎn)換電路受單片機(jī)控制用于調(diào)整信號的增益、帶寬和AD的采樣率。AD轉(zhuǎn)換電路用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為高精度數(shù)字信號?？刂茊卧ú蓸勇士烧{(diào)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、低功耗單片機(jī)及外圍電路和存儲模塊。采樣率可調(diào)低噪聲模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送給MCU。所述的采集存儲單元由一片低功耗MCU作為主控芯片，負(fù)責(zé)完成采集、存儲、控制協(xié)議解析及執(zhí)行配備以太網(wǎng)接口。壓力傳感器用于確定裝置所在深度，為定深喚醒提供相應(yīng)參數(shù)。所選用的存儲介質(zhì)為U盤，用于存儲采集到的聲學(xué)信息、時(shí)間和深度信息。低功耗單片機(jī)選用TI公司的低功耗產(chǎn)品MSP432，其采用低功耗32位基于ARM內(nèi)核的微控制器(MCU)，主頻可達(dá)48MHz。芯片集成了高速14位1MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。存儲介質(zhì)選用1TB大容量U盤，可保證本裝置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在最高14bit分辨率和最高1MHz采樣率的條件下，可以存儲166個小時(shí)的數(shù)據(jù)；

所述的值班單元包括值班電路、壓力傳感器和具有溫補(bǔ)功能時(shí)鐘芯片。值班單元處于常值守狀態(tài)并通過控制供電單元，實(shí)現(xiàn)對采集存儲單元的工作控制。值班單元可依據(jù)定時(shí)和定深兩種方式啟動采集存儲單元。值班單元的主控芯片是TI公司的MSP430F1609單片機(jī)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊選用低功耗的ISL12022芯片，其內(nèi)部集成溫度傳感器及晶振模塊,該芯片具有溫度補(bǔ)償功能。壓力傳感器選用PTX-1400型，它的壓力范圍為10KPa～60MPa，4～20mA的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)輸出，最大深度可測得水下約6000m，精度達(dá)到±0.25％FS；

所述的配套使用顯控軟件，用于完成對本裝置的參數(shù)預(yù)設(shè)、功能設(shè)置、采樣控制和數(shù)據(jù)顯示與分析；其中工作參數(shù)可以設(shè)置，包括工作帶寬、采樣頻率、增益、存儲啟始時(shí)間、存儲啟始深度、存儲時(shí)長等。這些參數(shù)可以通過顯控軟件進(jìn)行設(shè)置。并存儲在值班單元的MSP430單片機(jī)中，當(dāng)開啟采集存儲工作后，參數(shù)由MSP430單片機(jī)通過SPI/I²C接口傳輸給低功耗MCU進(jìn)行初始化設(shè)置。顯控軟件同時(shí)可以對即待存儲的數(shù)據(jù)編碼協(xié)議進(jìn)行選擇性設(shè)置?？晒┻x擇的數(shù)據(jù)種類包括：聲學(xué)數(shù)據(jù)、深度信息、時(shí)間信息、位置信息、工作帶寬和增益等。可以達(dá)到節(jié)約存儲空間和提高傳輸速度的目的。

圖3為本申請裝置的工作方式示意圖，包括無纜工作方式和有纜工作方式兩種，無纜方式下，可安置于其他設(shè)備(如浮體6)上，工作于無人值守狀態(tài)。由電池艙供電，有定時(shí)和定深兩種啟動存儲方式，定時(shí)啟動是依據(jù)預(yù)先設(shè)定的存儲開啟時(shí)間點(diǎn)及存儲的時(shí)長進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)存儲。定深啟動是依據(jù)預(yù)先設(shè)定的水下深度并結(jié)合壓力傳感器的輸出開啟存儲的工作方式。在有纜模式下，通過電纜7用直流穩(wěn)壓源或變壓器供電，可在工作船8上吊放使用。由顯控軟件控制數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號由電纜傳送入PC機(jī)9中，可完成存儲啟動和停止、參數(shù)設(shè)置、工作模式選擇、數(shù)據(jù)傳輸及顯示和數(shù)據(jù)分析工作。圖3中10代表重物、11代表目標(biāo)。

圖4為本發(fā)明的通信纜連接方式示意圖，電子艙和電池艙本端面配有SubConn型接插件，通過接插短纜連接。在電子艙接插件上預(yù)留有系統(tǒng)供電接口RS232接口和網(wǎng)絡(luò)接口。在有纜工作方式下，將數(shù)據(jù)采集纜接頭安插在電子艙接插件上，通過電纜7完成供電和數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)也可以通過RS232接口將錄取數(shù)據(jù)的位置信息進(jìn)行存儲，供事后分析處理使用。