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專利名稱：一種用于多普勒聲納測試的聲學對接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多普勒聲納測試的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于多普勒聲納測試的對接裝置。
背景技術(shù)：
多普勒聲納是利用多普勒 效應進行測速的聲納設(shè)備。常規(guī)陣多普勒聲納通常由一個發(fā)射機生成發(fā)射信號通過換能器向多個波束方向發(fā)射，使用多個通道分別接收回聲，通過解算各通道回波信號中的多普勒頻移獲得多普勒聲納對水底或水層的相對速度達到測速目的。現(xiàn)已廣泛應用于流速測量、導航等領(lǐng)域。由于多普勒聲納的正常工作環(huán)境是在水中，因此通常情況下，需要通過航行實驗中多普勒聲納與差分GPS數(shù)據(jù)比對的方法來對多普勒聲納的主要功能和性能進行考核。這種驗證考核方法成本高，時間長，且易受海況、海深等外界環(huán)境因素的影響。而實驗室中的測試主要是電子組件的測試，無法對整個多普勒聲納的工作性能進行判斷。通過耦合的方法，將聲波轉(zhuǎn)化為電信號進行處理的技術(shù)在醫(yī)療等領(lǐng)域有很多成熟的應用案例，借鑒耦合對接的方法，可以將多普勒聲納發(fā)射的聲波轉(zhuǎn)化為電信號進行處理，經(jīng)過適當?shù)男盘柼幚砗螅侔l(fā)送模擬回波信號，通過換能器轉(zhuǎn)化為聲波實現(xiàn)多普勒聲納發(fā)射聲波的聲傳播仿真，借此來檢驗聲納工作性能。2009年中國人民解放軍海軍工程大學的苑秉成等人提出了通過聲納測試系統(tǒng)的對接機構(gòu)設(shè)計保證可靠聲耦合的方法如下:(1)中國專利，CN101458331A，
公開日2009年6月17日，苑秉成、陳喜、黃熊飛，一種多普勒聲納測試的聲對接裝置。上述方法的聲對接裝置在多普勒聲納每個換能器表面分別對接有一個發(fā)射換能器，其中一個換能器表面與一個發(fā)射換能器和一個接收換能器共同對接，通過耦合材料的選擇和裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)聲耦合，用來完成多普勒聲納工作性能測試。現(xiàn)有技術(shù)中，存在以下幾個方面主要缺陷，一是使用一個接收換能器采集多普勒聲納某一個通道的發(fā)射信號，無法反映多普勒聲納所有發(fā)射通道的情況；二是結(jié)構(gòu)上只能針對一種外形尺寸的多普勒換能器；三是多普勒的換能器耦合面的壓緊力影響聲學傳導系數(shù)，原有結(jié)構(gòu)不能度量壓緊力大小，無法保證壓緊后聲學傳導的一致性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服上述缺陷的用于多普勒聲納測試的聲學對接裝置。本發(fā)明提供了一種用于多普勒聲納測試的聲學對接裝置，包括:支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐多普勒聲納；多個滑軌，其連接到所述支撐結(jié)構(gòu)并且兩兩對稱；與所述多個滑軌一一對應的多個對接結(jié)構(gòu)，每個對接結(jié)構(gòu)的一端安裝有收發(fā)換能器，用于與多普勒聲納的換能器進行對接，每個對接結(jié)構(gòu)的另一端被固定在滑塊上，所述滑塊可以在對應的滑軌上滑動和固定，每個對接結(jié)構(gòu)與所述滑軌之間的角度是可調(diào)節(jié)的。
優(yōu)選地，所述支撐結(jié)構(gòu)的高度是可調(diào)整的。優(yōu)選地，所述支撐結(jié)構(gòu)包括:電子機艙，所述電子機艙內(nèi)有前置處理電路，所述收發(fā)換能器與所述前置處理電路電連接以傳送電信號。優(yōu)選地，所述電子機艙上具有與所述前置處理電路電連接的調(diào)試接口和/或工作接口，所述調(diào)試接口用于對所述前置處理電路進行調(diào)試，所述工作接口用于將經(jīng)過所述前置處理電路處理的信號傳遞出去或者從外界接收信號。優(yōu)選地，所述裝置還包括:外圈，所述多個滑軌中的每個滑軌的一端被固定到所述電子機艙上，另一端被固定到所述外圈上。優(yōu)選地，所述對接結(jié)構(gòu)還包括:換能器外殼、換能器底座，所述收發(fā)換能器被安裝于所述換能器外殼內(nèi)，所述換能器外殼以易拆卸的方式固定在所述換能器底座上。優(yōu)選地，所述對接結(jié)構(gòu)還包括:俯仰連桿和滑動座，所述俯仰連桿的一端以易拆卸的方式固定到所述換能器底座上，另一端以可轉(zhuǎn)動的方式固定在所述滑動座上，所述滑動座固定在所述滑塊上。優(yōu)選地，所述對接結(jié)構(gòu)還包括:彈簧，所述彈簧環(huán)繞在所述俯仰連桿上，所述彈簧通過其一端與所述換能器底座相連接將其張力傳遞給所述收發(fā)換能器。優(yōu)選地，所述支撐結(jié)構(gòu)還包括:壓力傳感器，用于測試所述收發(fā)換能器與所述多普勒聲納的換能器之間的壓力。優(yōu)選地，所述滑軌與所述滑塊之間的固定是采用緊定螺釘、或絲杠滑軌、或齒輪齒條的形式實現(xiàn)的。本發(fā)明通過采用滑軌結(jié)構(gòu)和對接結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對各種尺寸和開交角度的多普勒聲納的統(tǒng)一測量；通過彈簧壓緊對接換能器，實現(xiàn)了換能器陣面壓力一致，保證了各通道聲學傳導的一致性；通過將前置處理電路封裝在中心電子機艙內(nèi)，降低了傳輸問題造成的不準確。本發(fā)明的特點是:(I)實現(xiàn)了多種頻率多普勒聲納聲傳播環(huán)境仿真(2)基于本裝置實現(xiàn)了多種頻率多普勒聲納的性能測試(3)對接陣換能器可獨立調(diào)整耦合對接的位置、角度和預緊力，并可通過壓力傳感器反饋結(jié)果進行預緊力的控制，保證聲學耦合效率(4)使用方便，檢測效率高。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于:1.采用滑軌結(jié)構(gòu)調(diào)整換能器陣面徑向尺寸調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對各種尺寸的ADCP的統(tǒng)一測量；2.采用機械手臂實現(xiàn)換能器面傾角調(diào)整功能，對多種開角角度的ADCP實現(xiàn)統(tǒng)一測量；3.采用中柱砥柱實現(xiàn)對ADCP主機的支撐，并使用彈簧壓緊ADCP換能器陣面與對接陣陣面，實現(xiàn)換能器陣面壓緊力一致的要求；4.將前置處理電路封裝在中心電子機艙內(nèi)，使弱信號傳輸距離有效縮短，降低因傳輸問題造成的測量不準確因素。本發(fā)明應用易用性好，操作簡單，外觀簡潔，通用性能好，有效的解決了多普勒聲內(nèi)陸上統(tǒng)一檢測的問題。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的聲學對接裝置的三維圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的聲學對接裝置的支撐結(jié)構(gòu)的剖面圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的聲學對接裝置的對接結(jié)構(gòu)的剖面圖4是根據(jù)本發(fā)明的聲學對接裝置的使用示意圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。本發(fā)明提供了一種可適用于多種頻率多普勒聲納測試的對接裝置，包括可獨立更換的對接換能器單元組件、安裝信號調(diào)理電路板的電子機艙、通過機械手臂在四個平面正交方向上的滑軌導引調(diào)節(jié)對接換能器單元、中柱支撐結(jié)構(gòu)。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的聲學對接裝置的三維圖。對接陣換能器單元組件安裝在機械手臂前端，通過同軸電纜接入電子機艙的換能器基元插座上。如圖所示，對接換能器單元組件包括收發(fā)換能器單元22、換能器底座20、收發(fā)換能器單元包括換能器外殼與其內(nèi)部的換能器。換能器底座與換能器外殼可以拆卸，方便更換不同的對接陣換能器單元組件。電子機艙I內(nèi)容納了對接裝置信號調(diào)理電路/前置處理電路，負責對多普勒聲納換能器的發(fā)射信號進行采集以及將模擬回波數(shù)據(jù)返回給多普勒聲納換能器。電子機艙上還具有測試接口 6和工作接口 11，分別用于對前置處理電路進行調(diào)試以及將其處理結(jié)果通過電纜傳送到后續(xù)的處理終端。機械手臂固定在滑塊14上，滑軌3與滑塊可以采用燕尾槽的形式以便相對滑動。通過調(diào)整機械手臂沿滑軌方向的距離，并且通過滑塊上的緊定螺釘將滑塊14的位置固定在滑軌3上，適用于完成不同徑向尺寸的多普勒聲納，例如，聲學多普勒流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profilers, ADCP)陣面對接。機械手臂的滑動座15與俯仰連桿16之間通過俯仰銷釘18連接，例如采用防松俯仰銷釘。俯仰連桿16可以繞俯仰銷釘任意旋轉(zhuǎn)，完成俯仰運動；進而調(diào)整換能器面角度，保證換能器陣元可對接各個傾斜角度的ADCP,優(yōu)選地，傾斜角度在45°到10°的范圍內(nèi)。俯仰銷軸18可以鎖緊，使俯仰連桿16的俯仰角度鎖定。俯仰連桿16與換能器底座20之間可以相對滑動，通過彈簧結(jié)構(gòu)23壓緊換能器面，保證在一定壓緊行程內(nèi)換能器面之間的壓緊力保持在合適范圍。另外，在彈簧結(jié)構(gòu)上安裝有壓力傳感器，可以實時檢測各個換能器面對接的壓力值，以便于量化和調(diào)整，保證壓緊后各通道聲學傳導的一致性。通過調(diào)節(jié)滑塊14在滑軌3上的鎖緊位置，從而調(diào)整機械手臂的徑向距離，以對接不同尺寸的ADCP。在本實例中，采用緊定螺釘鎖緊滑軌與滑塊，還可替換為絲杠滑軌機構(gòu)或者齒輪齒條等其他固定形式。滑軌3的一端被固定在電子機艙上，另一端被固定在外圈4上。中柱支撐結(jié)構(gòu)28被固定在電子機艙上，用于對支持多普勒聲納進行支撐，承擔多普勒聲納的重力，以免損壞多普勒聲納和對接裝置的換能器單元。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的聲學對接裝置的支撐結(jié)構(gòu)的剖面圖。支撐結(jié)構(gòu)提供對ADCP主機的支撐，并且還具有高度調(diào)節(jié)的功能，能夠使各型號ADCP的陣元面的位置在合適位置。通過中柱砥柱26和外六角矩形牙螺母27之間的矩形螺紋傳遞支撐力。中柱砥柱26與中柱支撐柱28之間通過中間的方行孔與方形柱配合以防止中柱支撐柱轉(zhuǎn)動。在本實例中，采用梯形螺紋作為主要承載和高度調(diào)節(jié)，然而也可以采用其他結(jié)構(gòu)來進行主要承載和高度調(diào)節(jié)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的聲學對接裝置的對接結(jié)構(gòu)的剖面圖。俯仰連桿16在俯仰銷軸18上旋轉(zhuǎn)，帶動換能器單元轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了換能器面角度的調(diào)節(jié)。俯仰銷軸18可以鎖定，從而在調(diào)整好換能器指向后鎖定角度，方便多次測量準確，針對目前國內(nèi)主流的30°傾角的ADCP與20°傾角的ADCP可方便變更使用。俯仰連桿16上的彈簧23可使換能器面對接的壓緊力在一定壓緊行程內(nèi)保持一致，提高測量的一致性和有效性。機械手臂15的滑動座固定在滑塊14上。換能器22處于換能器外殼12之內(nèi)，換能器底座20內(nèi)部具有通孔，通孔內(nèi)鑲嵌有俯仰擋板19，俯仰擋板19通過十字槽沉頭螺釘與俯仰連桿16固定在一起。換能器外殼與換能器底座之間通過六角螺栓25連接固定。通過上述連接關(guān)系，可以容易地拆卸換能器外殼21和換能器底座20，并針對不同的多普勒聲納更換合適的換能器、換能器外殼和換能器底座。應當理解，本發(fā)明的聲學對接裝置的對接結(jié)構(gòu)不限于4個，而是可以根據(jù)多普勒聲納的實際情況擴展或減少，從而實現(xiàn)各種情況下的聲學對接。圖4是根據(jù)本發(fā)明的聲學對接裝置的使用示意圖。如圖4所示，左邊的示意圖是對接300kHz的ADCP，右邊與150kHz的ADCP。應當理解，本發(fā)明的聲學對接裝置同樣也適用于其他類型的多普勒聲納。根據(jù)本發(fā)明的聲學對接裝置在使用時，將多普勒聲納平置于中柱支撐結(jié)構(gòu)的平面上，并將其工作面對準中柱支撐結(jié)構(gòu)的表面。通過調(diào)節(jié)機械手臂，可以調(diào)整換能器表面的傾角，使換能器陣面與ADCP換能器陣面實現(xiàn)對接，然后固定滑塊在滑軌上的位置。進一步，通過彈簧裝置上的壓力傳感器，實時監(jiān)測各個換能器面對接的壓力，從而可以例如通過對滑塊位置進行調(diào)整對接壓力，可以保證壓緊后各通道聲學傳導的一致性。對于不同的尺寸的ADCP的測量，可以通過拆卸和更換換能器外殼和底座，并且更換內(nèi)部的換能器，即可實現(xiàn)對各種尺寸以及多種頻率的多普勒聲納的測量。前置處理電路被封轉(zhuǎn)在中心電子機艙內(nèi)，使得弱信號的傳輸距離有效縮短，降低了因傳輸問題造成的測量不準確等因素。在多普勒聲納與根據(jù)本發(fā)明的聲學對接裝置對接完成之后，多普勒聲納發(fā)射的聲信號通過對接換能器轉(zhuǎn)換為電信號并傳入前置處理電路，前置處理電路完成信號采集等前置處理后將信號通過電子機艙上的工作接口用電纜傳送給處理終端。處理終端將處理后的電信號通過電纜傳回前置處理電路，并通過對接裝置的換能器將其轉(zhuǎn)換為聲信號并耦合到多普勒聲納的換能器上。多普勒聲納接收聲信號并進行處理，從而判斷出多普勒聲納的性能狀態(tài)，實現(xiàn)了多普勒聲納的陸上測試。專業(yè)人員應該還可以進一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應用和設(shè)計約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應認為超出本發(fā)明的范圍。結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。以上所述的具體實施方式
，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于多普勒聲納測試的聲學對接裝置，包括:支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐多普勒聲納；多個滑軌，其連接到所述支撐結(jié)構(gòu)并且兩兩對稱；與所述多個滑軌一一對應的多個對接結(jié)構(gòu)，每個對接結(jié)構(gòu)的一端安裝有收發(fā)換能器，用于與多普勒聲納的換能器進行對接，每個對接結(jié)構(gòu)的另一端被固定在滑塊上，所述滑塊可以在對應的滑軌上滑動和固定，每個對接結(jié)構(gòu)與所述滑軌之間的角度是可調(diào)節(jié)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)的高度是可調(diào)整的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)包括:電子機艙，所述電子機艙內(nèi)有前置處理電路，所述收發(fā)換能器與所述前置處理電路電連接以傳送電信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述電子機艙上具有與所述前置處理電路電連接的調(diào)試接口和/或工作接口，所述調(diào)試接口用于對所述前置處理電路進行調(diào)試，所述工作接口用于將經(jīng)過所述前置處理電路處理的信號傳遞出去或者從外界接收信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，還包括:外圈，所述多個滑軌中的每個滑軌的一端被固定到所述電子機艙上，另一端被固定到所述外圈上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述對接結(jié)構(gòu)還包括:換能器外殼、換能器底座，所述收發(fā)換能器被安裝于所述換能器外殼內(nèi)，所述換能器外殼以易拆卸的方式固定在所述換能器底座上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述對接結(jié)構(gòu)還包括:俯仰連桿和滑動座，所述俯仰連桿的一端以易拆卸的方式固定到所述換能器底座上，另一端以可轉(zhuǎn)動的方式固定在所述滑動座上，所述滑動座固定在所述滑塊上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，所述對接結(jié)構(gòu)還包括:彈簧，所述彈簧環(huán)繞在所述俯仰連桿上，所述彈簧通過其一端與所述換能器底座相連接將其張力傳遞給所述收發(fā)換能器。
9.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的裝置，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)還包括:壓力傳感器，用于測試所述收發(fā)換能器與所述多普勒聲納的換能器之間的壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑軌，其中，所述滑軌與所述滑塊之間的固定是采用緊定螺釘、或絲杠滑軌、或齒輪齒條的形式實現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于多普勒聲納測試的聲學對接裝置，包括支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐多普勒聲納；多個滑軌，其連接到所述支撐結(jié)構(gòu)并且兩兩對稱；與所述多個滑軌一一對應的多個對接結(jié)構(gòu)，每個對接結(jié)構(gòu)的一端安裝有收發(fā)換能器，用于與多普勒聲納的換能器進行對接，每個對接結(jié)構(gòu)的另一端被固定在滑塊上，所述滑塊可以在對應的滑軌上滑動和固定，每個對接結(jié)構(gòu)與所述滑軌之間的角度是可調(diào)節(jié)的。本發(fā)明通過采用滑軌結(jié)構(gòu)和對接結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對各種尺寸和開交角度的多普勒聲納的統(tǒng)一測量；通過彈簧壓緊對接換能器，實現(xiàn)了換能器陣面壓力一致，保證了各通道聲學傳導的一致性；通過將前置處理電路封裝在中心電子機艙內(nèi)，降低了傳輸問題造成的不準確。
文檔編號G01S7/52GK103217680SQ201310084990
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者孫興濤, 馬龍, 鄧鍇, 張向軍 申請人:中國科學院聲學研究所