專利名稱：一種用于消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振速水聽器，具體涉及一種用于消除振速水聽器安裝于剛性、非穩(wěn)水下平臺(tái)振動(dòng)噪聲的裝置。
背景技術(shù)：
振速水聽器在水聲設(shè)備上的應(yīng)用日益廣泛，但長(zhǎng)期以來，在非穩(wěn)性水下平臺(tái)上安裝使用振速水聽器時(shí)，由于受到非穩(wěn)平臺(tái)自身振動(dòng)噪聲干擾的影響，限制了振速水聽器的實(shí)際使用效果，其主要原因是振速水聽器內(nèi)部拾振部件的主要敏感元件采用的是振動(dòng)傳感器，而整個(gè)拾振部件是通過彈簧懸掛在支架上然后再固定于水下安裝平臺(tái)，當(dāng)水下平臺(tái)由于自身的非穩(wěn)定性受到海流等外力作用發(fā)生振動(dòng)時(shí)，這種振動(dòng)通過振速水聽器的懸掛支架、彈簧等部件耦合到水聽器拾振部件的主要敏感元件上，產(chǎn)生噪聲信號(hào)。這種噪聲信號(hào)疊加在振速水聽器所另外獲取的有用聲波信號(hào)上，形成了干擾。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于消除振速水聽器振動(dòng)噪聲的裝置，能夠抵消水下平臺(tái)的振動(dòng)噪聲對(duì)振速水聽器的干擾。本發(fā)明的一種用于消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置，包括振速水聽器、振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器、傳感器安裝適配座、信號(hào)調(diào)理電路、差分放大電路和信號(hào)電纜所述振速水聽器固定在水下平臺(tái)的外表面，用于探測(cè)含有振動(dòng)噪聲的水下聲場(chǎng)的聲波信號(hào)；所述傳感器安裝適配座緊固在水下平臺(tái)的內(nèi)壁上；所述傳感器安裝適配座由剛性材料加工而成；振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器采用與振速水聽器相同的三軸加速度計(jì)作為敏感元件，用于探測(cè)水下平臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)；振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器固定安裝在傳感器安裝適配座上，且振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器中的三軸加速度計(jì)的三個(gè)軸的方向與振速水聽器中的三軸加速度計(jì)的所對(duì)應(yīng)的三個(gè)軸的方向一致；所述信號(hào)調(diào)理電路安裝在水下平臺(tái)內(nèi)部，其設(shè)置有兩個(gè)信號(hào)輸入口 Pl和P2、兩個(gè)信號(hào)輸出口 01和02 ；其中信號(hào)輸入口 Pl通過信號(hào)電纜與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器的信號(hào)輸出端相連，并接收振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器輸出的水下平臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)；信號(hào)輸入口 P2通過穿過水下平臺(tái)的信號(hào)電纜與振速水聽器的信號(hào)輸出端相連，并接收振速水聽器輸出的含有振動(dòng)噪聲的水下聲場(chǎng)的聲波信號(hào)；信號(hào)調(diào)理電路將水下平臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)放大Al倍，將含有振動(dòng)噪聲的水下聲場(chǎng)的聲波信號(hào)放大A2倍后分別通過信號(hào)輸出口 01和02輸出； 所述Al和A2滿足Al = AugA2，其中增益倍數(shù)Au是在空氣環(huán)境下，振速水聽器和振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)同一振動(dòng)信號(hào)的幅度的測(cè)量值的比值； 所述增益倍數(shù)Au的確定方法為在空氣中用磁電式振動(dòng)激勵(lì)臺(tái)對(duì)裝置施加大幅度的振動(dòng)力，將得到振速水聽器的輸出信號(hào)的幅度值除以振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器的輸出信號(hào)的幅度值，即得到增益倍數(shù)Au。所述信號(hào)調(diào)理電路分別采用兩個(gè)型號(hào)為AD820的運(yùn)算放大器對(duì)振速水聽器和振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大。在與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器相連的運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和信號(hào)輸出端之間串聯(lián)的電阻為可變電阻，用于調(diào)整該運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)。所述信號(hào)調(diào)理電路中的運(yùn)算放大器的信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端分別串接入一個(gè)電容。所述差分放大電路的兩個(gè)輸入口分別連接信號(hào)調(diào)理電路的兩個(gè)信號(hào)輸出口，并對(duì)兩路信號(hào)求差值后再進(jìn)行放大輸出。所述差分放大電路采用型號(hào)為AD620AN的差分儀表放大器對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行差分放大處理。本發(fā)明提供的一種用于消除振速水聽器振動(dòng)噪聲的裝置，采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器、 信號(hào)調(diào)理電路和差分放大電路抵消了對(duì)水下平臺(tái)的振動(dòng)噪聲對(duì)振速水聽器的干擾，由此提高了振速水聽器的測(cè)量準(zhǔn)確度；采用信號(hào)調(diào)理電路對(duì)振動(dòng)檢測(cè)傳感器和振速水聽器的輸出信號(hào)的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使振速水聽器的測(cè)量精度大幅度提高；在與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器相連的運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端和負(fù)輸入端之間通過電纜連接一個(gè)變阻器，是用戶可根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)調(diào)整該運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)，使該裝置實(shí)用方便靈活。


圖1為本發(fā)明的一種用于消除振速水聽器振動(dòng)噪聲的裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的信號(hào)調(diào)理電路和差分放大電路的連接原理圖。其中，1-振速水聽器、Ia-彈簧、Ib-支架、2-水下平臺(tái)、3-振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器、4-傳感器安裝適配座、5-信號(hào)電纜、6-差分放大電路、7-信號(hào)調(diào)理電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置，下面以三維振速水聽器安裝在圓筒狀水下平臺(tái)的為典型實(shí)施例來具體敘述如圖1所示，圓筒狀的水下平臺(tái)2為內(nèi)部有加強(qiáng)肋的、近似剛性的密封艙體。振速水聽器1的彈簧la、支架Ib等組裝完畢后，固定安裝在水下平臺(tái)2的上表面，振速水聽器1 的信號(hào)輸出端通過水密的信號(hào)電纜5將信號(hào)引入艙體內(nèi)部，并與艙體內(nèi)部的信號(hào)調(diào)理電路 7的輸入端相連；振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器3通過傳感器安裝適配座4緊固在水下平臺(tái)2的艙體內(nèi)壁上，并通過信號(hào)電纜5與信號(hào)調(diào)理電路7實(shí)現(xiàn)電氣連接；振速水聽器1輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路7放大濾波后，輸入到差分放大電路6的信號(hào)輸入端；振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器3感知到的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路7 —定倍數(shù)的放大后輸入到差分放大器電路6的信號(hào)輸入端；差分放大器電路6將兩端輸入的振速水聽器1的信號(hào)與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器3的信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算后放大輸出。如圖2所示，信號(hào)調(diào)理電路7和差分放大電路6的連接原理圖信號(hào)調(diào)理電路7由型號(hào)均為AD820的運(yùn)算放大器U7、U8與電阻、電容等構(gòu)成兩通道正向放大器，其中C42、C43、 C44、C45是隔直電容，電阻R32、R35是阻抗匹配電阻，電阻R30、R34是限流電阻，可變電阻 R33、電阻R31是反饋電阻，其中，運(yùn)算放大器U7的正信號(hào)輸入端(3號(hào)引腳)與振動(dòng)檢測(cè)傳感器的信號(hào)輸出端相連，負(fù)信號(hào)輸入端O號(hào)引腳)與信號(hào)輸出端(6號(hào)引腳)之間串聯(lián)可變電阻R33，負(fù)信號(hào)輸入端O號(hào)引腳)與通過電阻R 30接地，則運(yùn)算放大器U7的放大倍數(shù)為Al = 1+R33/ R30 ；運(yùn)算放大器U8的正信號(hào)輸入端(3號(hào)引腳)與振速水聽器1的信號(hào)輸出端相連， 負(fù)信號(hào)輸入端O號(hào)引腳)與信號(hào)輸出端(6號(hào)引腳)之間串聯(lián)電阻R31，負(fù)信號(hào)輸入端O 號(hào)引腳)與接地端串聯(lián)電阻R34，則運(yùn)算放大器U8的放大倍數(shù)為A2 = 1+R31/R34 ；差分放大電路6由型號(hào)為AD620差分儀表放大器U2與增益控制電阻RlO構(gòu)成，其差分放大倍數(shù)為:A3 = 1+49. 4k/R10 ；運(yùn)算放大器U7的信號(hào)輸出端(6號(hào)引腳)連接差分儀表放大器U2的負(fù)信號(hào)輸入端O號(hào)引腳)，運(yùn)算放大器U8的信號(hào)輸出端(6號(hào)引腳)連接差分儀表放大器U2的正信號(hào)輸入端(3號(hào)引腳)；差分儀表放大器U2將以上兩個(gè)信號(hào)求差值后放大A3倍后輸出。在運(yùn)算放大器U7的正信號(hào)輸入端串聯(lián)電容C43，運(yùn)算放大器U7的信號(hào)輸出端串聯(lián)電容C42 ；在運(yùn)算放大器U8的正信號(hào)輸入端串聯(lián)電容C45，在運(yùn)算放大器U8的信號(hào)輸出端串聯(lián)電容C44，用來濾除電路中的直流信號(hào)。由于振速水聽器1探測(cè)到的信號(hào)包含兩部分一部分水下聲場(chǎng)中傳播的聲波信號(hào)，為有用信號(hào)；另一部分是通過自身的彈簧Ia與支架Ib耦合過來的水下平臺(tái)2自身的振動(dòng)信號(hào)，為噪聲干擾信號(hào)，而這部分噪聲干擾信號(hào)同樣可以被振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器3所探測(cè)。因此，此時(shí)將振速水聽器1的輸出信號(hào)與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器3的輸出信號(hào)相減，可以抵消噪聲干擾。由于振速水聽器1是彈簧Ia與支架Ib耦合過來的水下平臺(tái)2自身的振動(dòng)信號(hào)，而振動(dòng)檢測(cè)傳感器是通過剛性的傳感器安裝適配座4探測(cè)得到的水下平臺(tái)2自身的振動(dòng)信號(hào)， 因此，由于材料和振動(dòng)方式不同，兩者探測(cè)到的水下平臺(tái)2自身的振動(dòng)信號(hào)的幅度就會(huì)出現(xiàn)偏差，為消除該偏差，就有必要將振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器3的放大倍數(shù)乘以一個(gè)增益倍數(shù)Au，使振速水聽器1和振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器3檢測(cè)到得同一振動(dòng)信號(hào)的幅度相同，該增益倍數(shù)的確定方法如下在空氣中將系統(tǒng)按照上面的步驟安裝聯(lián)接完畢后，用振動(dòng)通用測(cè)量?jī)x器——磁電式振動(dòng)激勵(lì)臺(tái)給出一定頻率與幅度的振動(dòng)激勵(lì)信號(hào)，觀察水下平臺(tái)2上安裝的振速水聽器 1的輸出信號(hào)與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器3的輸出信號(hào)，分別記錄兩種信號(hào)的幅度，計(jì)算信號(hào)幅度之比，該比值即為增益系數(shù)Au，運(yùn)算放大器U8的放大倍數(shù)A2乘以增益系數(shù)Au，即得到運(yùn)算放大器U7的放大倍數(shù)Al，兩者關(guān)系可表示成A1 = AugA2 ；根據(jù)以及兩者之間的關(guān)系，即能確定可變電阻R33的阻
值在不同的使用條件下，根據(jù)實(shí)際測(cè)得的增益系數(shù)Au來調(diào) K34
整可變電阻連入電路中的阻值，即可使其在一定頻段內(nèi)保證兩種信號(hào)的幅度相等，由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)噪聲的抑制與抵消。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置，其特征在于，包括振速水聽器(1)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器(3)、傳感器安裝適配座G)、信號(hào)調(diào)理電路(7)、差分放大電路(6)和信號(hào)電纜⑶所述振速水聽器(1)固定在水下平臺(tái)的外表面，用于探測(cè)含有振動(dòng)噪聲的水下聲場(chǎng)的聲波信號(hào)；所述傳感器安裝適配座(4)緊固在水下平臺(tái)的內(nèi)壁上；振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器C3)采用與振速水聽器相同的三軸加速度計(jì)作為敏感元件，用于探測(cè)水下平臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)；振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器C3)固定安裝在傳感器安裝適配座(4)上，且振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器C3)中的三軸加速度計(jì)的三個(gè)軸的方向與振速水聽器(1)中的三軸加速度計(jì)的所對(duì)應(yīng)的三個(gè)軸的方向一致；所述信號(hào)調(diào)理電路(7)安裝在水下平臺(tái)內(nèi)部，其設(shè)置有兩個(gè)信號(hào)輸入口 Pl和P2、兩個(gè)信號(hào)輸出口 01和02 ；其中信號(hào)輸入口 Pl通過信號(hào)電纜( 與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器(3)的信號(hào)輸出端相連，并接收振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器C3)輸出的水下平臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)；信號(hào)輸入口 P2通過穿過水下平臺(tái)的信號(hào)電纜(5)與振速水聽器(1)的信號(hào)輸出端相連，并接收振速水聽器(1) 輸出的含有振動(dòng)噪聲的水下聲場(chǎng)的聲波信號(hào)；信號(hào)調(diào)理電路(7)將水下平臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)放大Al倍后通過信號(hào)輸出口 01輸出；信號(hào)調(diào)理電路(7)將含有振動(dòng)噪聲的水下聲場(chǎng)的聲波信號(hào)放大A2倍后分別通過信號(hào)輸出口 02 輸出；所述Al和A2滿足Al = Aug42，其中增益倍數(shù)Au是在空氣環(huán)境下，振速水聽器(1)和振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器C3)對(duì)同一振動(dòng)信號(hào)的幅度的測(cè)量值的比值；所述差分放大電路(6)的兩個(gè)輸入口分別連接信號(hào)調(diào)理電路(7)的兩個(gè)信號(hào)輸出口， 并對(duì)接收來的兩路信號(hào)求差值后再進(jìn)行放大輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于消除振速水聽器振動(dòng)噪聲的裝置，其特征在于，所述增益倍數(shù)Au的確定方法為在空氣中用磁電式振動(dòng)激勵(lì)臺(tái)對(duì)裝置施加大幅度的振動(dòng)力，將得到振速水聽器⑴的輸出信號(hào)的幅度值除以振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器⑶的輸出信號(hào)的幅度值， 即得到增益倍數(shù)Au。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置，其特征在于，所述差分放大電路(6)采用型號(hào)為AD620AN的差分儀表放大器對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行差分放大處理。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置，其特征在于，所述傳感器安裝適配座由剛性材料加工而成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理電路(7)分別采用兩個(gè)型號(hào)為AD820的運(yùn)算放大器對(duì)振速水聽器(1)和振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器(3)的輸出信號(hào)進(jìn)行放大。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用于消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置，其特征在于，在與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器C3)相連的運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和信號(hào)輸出端之間串聯(lián)的電阻為可變電阻，用于調(diào)整該運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)。
7.如權(quán)利要求5所述的一種用于消除振速水聽器的振動(dòng)噪聲的裝置，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理電路(7)中的運(yùn)算放大器的信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端分別串接入一個(gè)電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于消除振速水聽器振動(dòng)噪聲的裝置，采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和差分放大電路抵消了對(duì)水下平臺(tái)的振動(dòng)噪聲對(duì)振速水聽器的干擾，由此提高了振速水聽器的測(cè)量準(zhǔn)確度；采用信號(hào)調(diào)理電路對(duì)振動(dòng)檢測(cè)傳感器和振速水聽器的輸出信號(hào)的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使振速水聽器的測(cè)量精度大幅度提高；在與振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器相連的運(yùn)算放大器的信號(hào)輸出端和負(fù)輸入端之間通過電纜連接一個(gè)變阻器，是用戶可根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)調(diào)整該運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)，使該裝置實(shí)用方便靈活。
文檔編號(hào)G01H11/06GK102494758SQ20111044959
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者付繼偉, 佘湖清, 宋雯婧, 汪小亞, 陳韶華 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所