一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置，包括：金属屏蔽壳体、设置在金属屏蔽壳体外部的MEMS麦克风、金属屏蔽壳内封装的信号处理板、与信号处理板连接的数字控制板、以及电源转换单元；所述信号处理板包括声信号处理单元，声信号处理单元包括三级电路，分别为前置低噪声放大电路模块、高精度程控放大电路模块和可变频段滤波电路模块；所述数字控制板包括用于控制高精度程控放大电路模块和可变频段滤波电路模块的数字控制单元；所述MEMS麦克风与前置低噪声放大电路模块连接；所述数字控制单元与高精度程控放大模块以及可变频段滤波模块连接；所述电源转换单元与MEMS麦克风、信号处理板以及数字控制板连接。本装置不需要使用声学换能器，装置体积小，对空间和环境适应性强。空间和环境适应性强。空间和环境适应性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置


[0001]本技术属于水声信号处理
，特别是一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置。

技术介绍

[0002]水下声信号预处理系统主要由信号前端的声学换能器和信号处理端的预处理装置构成，信号前端的声学换能器将水下声信号转换为电信号，信号处理端的预处理装置将声学换能器输出的电信号做进一步的放大、滤波等处理。目前，市场上的水下声信号预处理装置的前端声学换能器部分体积都较大，且接收的信号频段较窄，无法适应各种频段环境下的声信号转换；后端的信号处理电路都是由具有一定增益的放大器构成，处理信号的幅值范围有限，特别是对含有噪声的微弱信号处理效果较差，且无法改变信号处理电路的滤波频段，因而实用价值不高。本技术提供一种小体积宽频带且能够改变信号处理频段的基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于提供一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置。
[0004]本技术解决上述问题的技术方案为：一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置，包括：
[0005]金属屏蔽壳体、设置在金属屏蔽壳体外部的MEMS麦克风、金属屏蔽壳内封装的信号处理板、与信号处理板连接的数字控制板、以及电源转换单元；
[0006]所述信号处理板包括声信号处理单元，声信号处理单元包括三级电路，分别为前置低噪声放大电路模块、高精度程控放大电路模块和可变频段滤波电路模块；
[0007]所述数字控制板包括用于控制高精度程控放大电路模块和可变频段滤波电路模块的数字控制单元；
[0008]所述电源转换单元包括隔离电路和线性稳压电路；
[0009]所述MEMS麦克风与前置低噪声放大电路模块连接；所述数字控制单元与高精度程控放大模块以及可变频段滤波模块连接；所述电源转换单元与MEMS麦克风、信号处理板以及数字控制板连接。
[0010]按上述方案，所述MEMS麦克风为防水型MEMS压电麦克风。
[0011]按上述方案，所述前置低噪声放大电路模块包括相连的低噪声差分放大电路和宽带带通滤波电路。
[0012]按上述方案，所述高精度程控放大电路模块包括相连的高精度串行数模转换器以及同相放大电路。
[0013]按上述方案，所述可变频段滤波电路模块包括相连的开关电容滤波电路以及反相放大电路。
[0014]按上述方案，所述数字控制单元包括ARM控制器以及串口通信电路。
[0015]按上述方案，所述电源转换单元中，隔离电路为隔离型DC
‑
DC电源电路，线性稳压电路为LDO电路。
[0016]按上述方案，所述可变频段滤波电路模块为高精度单片集成开关电容滤波器芯片组成的16阶带通滤波器。
[0017]该装置工作的原理是：
[0018]MEMS麦克风在水下接收到微弱的水声信号，MEMS麦克风将水声信号转换为电信号输出，然后依次完成微弱信号的前置低噪声放大、高精度程控放大以及可变频段滤波处理，使其输出调理为高信噪比大信号，根据数字信号处理器采集到的信号幅值大小，数字控制单元给予高精度程控放大电路以及可变频段滤波电路适当的控制信号，从而调整信号处理单元的增益和滤波频段，直到使最终输出的信号满足数字信号处理器采集所需要的参数指标。
[0019]本技术装置带来的有益效果是：
[0020]1、本装置不需要使用声学换能器，装置体积小，对空间和环境适应性强；
[0021]2、本装置可根据使用的水下环境状态，设置参数调整信号处理单元的增益和处理频段，满足不同数字信号处理器的处理要求；
[0022]3、本装置极低的自噪声使其能够处理水下强噪声背景中的微弱信号。
附图说明
[0023]图1是本技术一个实施例的装置的结构示意图；
[0024]图2是本技术一个实施例的装置电路的结构示意图；
[0025]图3是本技术一个实施例的前置低噪声放大电路模块的结构示意图；
[0026]图4是本技术一个实施例的高精度程控放大电路模块的结构示意图；
[0027]图5是本技术一个实施例的可变频段滤波电路模块的结构示意图；
具体实施方式
[0028]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0029]如图1所示，一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置，包括：
[0030]MEMS麦克风1、金属屏蔽壳2、金属屏蔽壳内封装的信号处理板3、与信号处理板连接的数字控制板4、电源转换单元5、以及用于各部件连接的连接器6；金属屏蔽壳2为圆柱形；
[0031]信号处理板包括声信号处理单元，声信号处理单元包括三级电路，分别为前置低噪声放大电路模块、高精度程控放大电路模块和可变频段滤波电路模块；
[0032]数字控制板包括用于控制高精度程控放大电路模块和可变频段滤波电路模块的数字控制单元；
[0033]电源转换单元包括隔离电路和线性稳压电路；
[0034]MEMS麦克风与前置低噪声放大电路模块连接；数字控制单元与高精度程控放大模块以及可变频段滤波模块连接；电源转换单元与MEMS麦克风、信号处理板以及数字控制板
连接，提供供电。
[0035]本实施例的一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置电路结构示意图如图2所示。该电路包括水下MEMS麦克风，以及金属屏蔽壳内封装的声信号处理单元、数字控制单元以及电源转换单元，电源用于给模拟信号处理单元和数字控制单元供电，模拟信号预处理单元包括三级电路：
[0036]如图3至图5，
[0037]第一级电路为前置低噪声放大电路，所述前置低噪声放大电路采用的是低噪声差分放大器，且使用运算放大器构成宽带滤波电路；
[0038]第二级电路为高精度程控增益放大电路，所述高精度程控增益放大电路采用高精度串行模数转换器和精密运算放大器共同控制的可控增益放大电路；
[0039]第三级电路为可变频段滤波电路，所述可变频段滤波电路采用的是高精度单片集成开关电容滤波器芯片组成的16阶带通滤波器。
[0040]该装置还包括数字控制单元，所述数字控制单元根据实际使用环境，控制高精度程控增益放大电路的增益以及可变频段滤波电路的滤波频段。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置，其特征在于，包括：金属屏蔽壳体、设置在金属屏蔽壳体外部的MEMS麦克风、金属屏蔽壳内封装的信号处理板、与信号处理板连接的数字控制板、以及用于供电的电源转换单元；所述信号处理板包括声信号处理单元，声信号处理单元包括三级电路，分别为前置低噪声放大电路模块、高精度程控放大电路模块和可变频段滤波电路模块；所述数字控制板包括用于控制高精度程控放大电路模块和可变频段滤波电路模块的数字控制单元；所述MEMS麦克风与前置低噪声放大电路模块连接；所述数字控制单元与高精度程控放大模块以及可变频段滤波模块连接；所述电源转换单元与MEMS麦克风、信号处理板以及数字控制板连接。2.根据权利要求1所述的基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置，其特征在于，所述MEMS麦克风为防水型MEMS压电麦克风。3.根据权利要求1所述的基于MEMS麦克风的水下声信号预处理装置，其特征在于，所述前置低噪声放大电路模块包括相连的低噪声差分放大电路和宽带带通滤波电路。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊哲，纪堃，高星，邱子波，吴怡帆，
申请(专利权)人：武汉环达电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：