深海浮標(biāo)式水下監(jiān)聽裝置電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：本文給出了深海浮標(biāo)式水下監(jiān)聽裝置電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：浮標(biāo)；水聽器：檢波

引言

現(xiàn)在海洋技術(shù)飛速發(fā)展，深海水下爆炸裝置的應(yīng)用也越來越多，然而，從海面上是無法直接收聽到爆炸裝置的爆炸聲的，這就需要設(shè)計(jì)一種裝置來記錄爆炸聲信號(hào)，已確定裝置是否確實(shí)引爆。本文就是介紹這樣一種裝置一一深海浮標(biāo)式水下監(jiān)聽裝置。本裝置通過換能器接受爆炸信號(hào)。通過頻率變換合成電路，將爆炸聲轉(zhuǎn)換為頻率為IkHz的可記錄的信號(hào)，記錄到錄音筆中?？梢酝ㄟ^播放錄音筆來聽取爆炸信號(hào)，或者，接到示波器上觀察，更為直觀。

本裝置采用雙體流線型玻璃鋼結(jié)構(gòu)，中間裝配繞索筒和電路儀器艙，具有外形小，重量輕，浮力大。布放方便的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

電路儀器艙的電路設(shè)計(jì)

電路儀器艙用來實(shí)現(xiàn)對(duì)換能器信號(hào)的處理，最終將收取到的爆炸信號(hào)記錄到錄音筆中。電路儀器艙由放大電路、頻率變換合成電路、錄音筆，供電裝置組成。儀器艙的信號(hào)流框圖見圖2。

水聽器

水聽器分為發(fā)射水聽器和接受接收器。發(fā)射水聽器安裝在爆炸裝置上，聲源級(jí)為185dB，接受水聽器布放在水下15米處，主要是接受水下的爆炸聲信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過三芯帶屏蔽網(wǎng)的電纜線與浮標(biāo)內(nèi)的處理電路相連。電纜要有耐磨性、有足夠的強(qiáng)度，能夠支撐換能器重量的要求。

放大電路

放大器使用的是TI公司的TLC277TM精密雙運(yùn)放放大器。由于爆炸裝置可能在水下100m，200m。300m，400m及400m以上進(jìn)行爆炸分離，爆炸裝置在不同深度上發(fā)出不同的個(gè)數(shù)的聲脈沖，用以判斷爆炸裝置的爆炸分離的深度，具體關(guān)系見表1。因?yàn)楸ㄑb置爆炸分離的深度不同，換能器接受的電壓信號(hào)就會(huì)有差異，具體關(guān)系見下式：

μV=MO×μPa (1)

TL=2010gr+α×r×10^-3(2)

其中：μV為換能器輸出電壓值α；MO為換能器的靈密度；μPa為l平方米上的壓力：TL為聲信號(hào)在水中的衰減：，為爆炸裝置分離時(shí)的距離；α為海況系數(shù)。

與此可見，爆炸裝置爆炸分離時(shí)的距離越遠(yuǎn)聲信號(hào)的衰減越大，接收到的電信號(hào)也就越小。所以，我們將放大器的放大倍數(shù)設(shè)為兩個(gè)級(jí)別2s倍和300倍，25倍用于爆炸裝置處于400米以上，300倍用于爆炸裝置處于400米以下。放大倍數(shù)的選擇可以通過電路板上的短路塊實(shí)現(xiàn)前放TLC272(U3)的放大倍數(shù)25倍或300倍可通過J1短接塊實(shí)現(xiàn)，1和2短接則放大2s倍：2和3短接則放大300倍。放大電路見圖3。

頻率變換合成電路

頻率變換合成電路是將頻率為25kHz左右人耳聽不到的爆炸噪聲信號(hào)變換為頻率為lkHz入耳能聽到的信號(hào)。其中25kHz的帶通濾波器選用的是MAXIM公司的MAX275AEPP，濾波頻率可以通過外面的4個(gè)電阻來實(shí)現(xiàn)。具體計(jì)算如下：

其中：f0為帶通濾波的中心頻率；Q為品質(zhì)因素；Holp為放大系數(shù)：Rx/Ry=1/5

濾波電路示于圖4。1kHz頻率的信號(hào)通過555定時(shí)器的單穩(wěn)電路和震蕩電路得到。合成器是通過TLC277將頻率進(jìn)行疊加。

錄音筆

錄音筆是信號(hào)的記錄部分，選用的是DEC公司的DEC-SR370se。錄音模式分三種可選擇：高清晰度模式，可錄音4小時(shí)；普通模式，可以錄音9小時(shí)：低清晰度模式，可錄音18小時(shí)。試驗(yàn)完后，可以從浮標(biāo)內(nèi)取出，播放來聽取噪聲信號(hào)?；蛘撸拥绞静ㄆ魃线M(jìn)行觀察，更加直觀。

供電裝置

本裝置采用電池供電，選用成都建中鋰電池廠的CRl7450，四節(jié)電池做成電池盒，其中三節(jié)串聯(lián)給電路板供電，一節(jié)給錄音筆供電。CRl7450的容量為1800毫安時(shí)?？梢詽M足電路板75小時(shí)供電，錄音筆15小時(shí)供電。

結(jié)語

本裝置已經(jīng)在深海水下爆炸監(jiān)聽中得到了實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，裝置通過水上反演，結(jié)果顯示裝置能夠很好地記錄了深海的爆炸聲。獲得良好的效果，得到使用方的肯定。