一种用于实验教学的水下声源系统技术方案

一种用于实验教学的水下声源系统，属于水声工程及实验教学技术领域。这个系统是由水下发射换能器、水下接收换能器、可伸缩支架、水面行车系统、信号发生器、功率放大器、电荷放大器、数据采集系统及手持笔记本电脑组成。该系统能够用于水声工程专业声呐模拟实验教学、水下声源定位实验，可以实现多信号、多角度、多深度的声源声场的实时测量。优点：该系统采用实验常用设备，充分利用现有的实验资源，形成收发声呐合置的水下声源系统，能有效改善目前工科院校中水声工程专业实验教学设备较少且设备价格昂贵情况，并能够进行简单声源定位与目标回波识别实验，提升学生自主实验创新能力。

An underwater acoustic source system for experimental teaching

The utility model relates to an underwater acoustic source system used for experimental teaching, belonging to the technical field of underwater acoustic engineering and experimental teaching. This system is composed of underwater transducer, underwater receiving transducer, the telescopic bracket, the water driving system, signal generator, power amplifier, charge amplifier, data acquisition system and handheld notebook computer. The system can be used in sonar simulation experiment teaching and underwater acoustic source localization experiment of underwater acoustic engineering, and can realize real-time measurement of sound field of multi signal, multi angle and multi depth sound sources. Advantages: the system uses common experimental equipment, fully utilizing the existing resources, the formation of sound source system transceiver for receiving underwater sonar, can effectively improve the underwater acoustic engineering engineering college experimental teaching equipment and less expensive equipment, and be able to carry out simple sound source localization and target recognition experiment, enhance students' autonomy experiment innovation ability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于实验教学的水下声源系统
本专利技术涉及一种用于实验教学的水下声源系统，属于水声工程及实验教学

技术介绍
声呐是利用水下声波判断海洋中物体的存在、位置及类型的方法和设备，在水声工程专业中，声呐的使用是整个水声工程专业的基础。军事上，声呐应用于水下目标的探测、定位及追踪、水下武器的射击指挥、水下通信、水雷探测、水下导航等方面。随着海洋事业的发展，声呐开始广泛应用于回波探测、海底地貌绘制、海洋地质考查、鱼群探测、遥控探测等民用方面。第二次世界大战后至今，局部战争从未间断，由于核动力潜艇的出现，反潜问题受到各国空前的重视，这其中声呐技术发展与创新显得尤为重要。水声工程专业主要研究声呐的创新与应用，一个良好的实验声呐系统对于提升学生自主创新能力，开拓学生的知识眼界有重要作用。然而，现今我国主要的声学研究所并没有成熟的用于实验教学的水下声源系统，严重影响了师生日常的实验教学，这对于培养我国水声人才，提高声呐创新性无疑是不利的。为了水声工程专业教学障碍，促进学生学习热情，本专利技术利用常规设备，自行设计了用于实验教学的水下声源系统，该专利技术是一种基于发射换能器与接收换能器的声场实时在线测量系统，能够准确测量多信号、多角度、多深度的发射声场变化，对声场进行直接有效的监测。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于实验教学的水下声源系统，它可以应用于简单声呐的模拟实验教学，能够应用于简单的声源识别定位实验，并且充分利用水声实验室的常用实验器材，很好地完成了水声工程专业的教学任务，降低了实验教学费用。本专利技术采用的技术方案是：一种用于实验教学的水下声源系统，它包括水面行车系统、可伸缩支架、数据采集系统和手持笔记本电脑，它还包括水下发射换能器、水下接收换能器、信号发生器、功率放大器和电荷放大器，所述信号发生器通过设定好信号相关参数，控制输出脉冲信号、斜坡信号、三角波信号和正弦信号；所述水下发射换能器和水下接收换能器安装在可伸缩支架上，并将其水平对齐固定好；所述可伸缩支架安装在水面行车系统上，形成可伸缩支架与水面行车系统的柔性连接；所述信号发生器与功率放大器相结合驱动水下发射换能器发出声源信号，经电荷放大器的信号放大处理与数据采集系统相连；所述水下接收换能器经电荷放大器的信号放大处理与数据采集系统相连接，水下接收换能器布置在水池内接收处理水下发射换能器发射的声场信息，一般需布置多个水下接收换能器进行信号的接收；所述笔记本电脑与数据采集系统连接，通过笔记本电脑内数据处理软件对接收到的信号进行时域、频域的分析。由于水下声源系统需要对发射换能器进行功率放大，常规的功率放大器无法满足水下声源发声的功率要求，本专利技术提出一种将多台线性功率放大器之间进行串联连接，使其功率变成单台功率放大器功率的多倍由于电路问题，存在功率损失，经试验验证，该方法可以满足水下声源的发声功率需求。本专利技术的有益效果是：这种实验教学的水下声源系统采用实验常用设备，设计出一种成熟实用的水下声源系统，该水下声源系统充分利用现有的实验资源，形成简单使用的水下声源系统对于改善目前水声工程专业实验教学设备匮乏，提升学生自助实验创新能力有重要意义。同时，该水下声源系统可以模拟简单声呐系统，可用于相关的科研项目，对于提升我国声呐技术有重要作用。附图说明图1是一种用于实验教学的水下声源系统的示意图。图中：1、水面行车系统，2、可伸缩支架，3、水下发射换能器，4、水下接收换能器，5、信号发生器，6、功率放大器，7、电荷放大器，8、数据采集系统，9、手持笔记本电脑。具体实施方式以下参照附图对本专利技术的结构做进一步描述。图1示出了一种用于实验教学的水下声源系统的示意图。图中，这种用于实验教学的水下声源系统包括水面行车系统1、可伸缩支架2、数据采集系统8、手持笔记本电脑9、水下发射换能器3、水下接收换能器4、信号发生器5、功率放大器6和电荷放大器7。信号发生器5设定输出信号相关参数，控制输出脉冲信号、斜坡信号、三角波信号和正弦信号。水下发射换能器3和水下接收换能器4安装在可伸缩支架2上，并且水平对齐。可伸缩支架2安装在水面行车系统1上，可伸缩支架2与水面行车系统1成柔性连接。信号发生器5与功率放大器6相结合驱动水下发射换能器3发出声源信号，经电荷放大器7的信号放大处理与数据采集系统8相连。水下接收换能器4布置在水池内接收处理水下发射换能器3发射的声场信息，水下接收换能器4经电荷放大器7的信号放大处理与数据采集系统相连接。笔记本电脑9与数据采集系统8连接，通过笔记本电脑9对接收到的信号进行时域、频域的分析。采用上述的技术方案，水下发射换能器3与水下接收换能器4安装在可伸缩支架2上并水平固定对齐，可伸缩支架2通过柔性链接安装在水面行车系统1上，通过水面行车系统1移动调整声源测试点位置，信号发生器5与功率放大器6相结合激励水下发射换能器3发射声场，水下发射换能器3与水下接收换能器4经电荷放大器7与数据采集系统8连接，手持笔记本电脑9与数据采集系统8连接控制发射声场信号与接收处理采集的声场信息。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实验教学的水下声源系统，它包括水面行车系统（1）、可伸缩支架（2）、数据采集系统（8）和手持笔记本电脑（9），其特征是：它还包括水下发射换能器（3）、水下接收换能器（4）、信号发生器（5）、功率放大器（6）和电荷放大器（7），所述信号发生器（5）设定输出信号相关参数，控制输出脉冲信号、斜坡信号、三角波信号和正弦信号；所述水下发射换能器（3）和水下接收换能器（4）安装在可伸缩支架（2）上，并且水平对齐；所述可伸缩支架（2）安装在水面行车系统（1）上，可伸缩支架（2）与水面行车系统（1）成柔性连接；所述信号发生器（5）与功率放大器（6）相结合驱动水下发射换能器（3）发出声源信号，经电荷放大器（7）的信号放大处理与数据采集系统（8）相连；所述水下接收换能器（4）布置在水池内接收处理水下发射换能器（3）发射的声场信息，水下接收换能器（4）经电荷放大器（7）的信号放大处理与数据采集系统相连接；所述笔记本电脑（9）与数据采集系统（8）连接，通过笔记本电脑（9）对接收到的信号进行时域、频域的分析。

【技术特征摘要】
1.一种用于实验教学的水下声源系统，它包括水面行车系统（1）、可伸缩支架（2）、数据采集系统（8）和手持笔记本电脑（9），其特征是：它还包括水下发射换能器（3）、水下接收换能器（4）、信号发生器（5）、功率放大器（6）和电荷放大器（7），所述信号发生器（5）设定输出信号相关参数，控制输出脉冲信号、斜坡信号、三角波信号和正弦信号；所述水下发射换能器（3）和水下接收换能器（4）安装在可伸缩支架（2）上，并且水平对齐；所述可伸缩支架（2）安装在水面行车系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，黎胜，管官，于大鹏，李茂发，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21