新型MEMS换能器水下噪声测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种新型MEMS换能器水下噪声测量系统，包括同轴封装姿态自校准MEMS矢量水听器、三维电子罗经模块和采集存储系统模块，将采集到的噪声信息记录到大容量存储器里面，试验结束后将数据读出，导入相应的软件进行噪声测量分析。所述同轴封装姿态自校准MEMS矢量水听器通过水密接插件与所述采集存储系统模块相连，实现3路模拟信号的采集与存储，所述三维电子罗经模块与采集存储系统模块相连，并与水听器封装到一起，实现实时监测水听器在水下的姿态信息的采集，所述采集存储系统模块与PC机连接，不仅通过上位机实现对系统的自检测与配置功能，而且实现数据的快速导出。本发明专利技术适用于深水复杂海洋环境下噪声测试评估需求，可以测量舰船噪声及其时频域分析、计算辐射噪声频带声源级、计算声压谱源级、计算噪声线谱声源级以及计算线谱频率和幅值。源级以及计算线谱频率和幅值。源级以及计算线谱频率和幅值。

【技术实现步骤摘要】
新型MEMS换能器水下噪声测量系统


[0001]本专利技术涉及海洋
，尤其涉及水声工程和声纳技术，具体涉及一种新型MEMS换能器水下噪声测量系统。

技术介绍

[0002]进入 21 世纪以后，由于现代科技的迅猛发展，人们的海洋意识进一步觉醒，许多行业对海洋探索的力度不断加大，海洋的经济价值和战略地位也直线上升，对领海的争夺也大有愈演愈烈之势，水下航行器在保卫海洋权益方面一直发挥着不可替代的作用。
[0003]声隐身性能作为衡量水下航行器自身性能的一个重要的技战术指标，一直备受关注，良好的声隐身性能不仅可以提高水下航行器的生存能力，而且可以充分发挥隐蔽性高的优势，提高威慑力，辐射噪声测量作为衡量水下航行器声隐身性能的一种有效途径，是水下航行器的一项重要测试内容。水下航行器辐射的噪声与很多因素都有关联，如设计水平、材料性能、隔振缓冲措施等，其辐射噪声无法避免，因此对水下航行器辐射噪声进行准确测量就显得格外重要。
[0004]现代科技的发展使得水下航行器辐射噪声级迅速下降而且辐射信号的能量主要集中在低频，因此对低噪声水下航行辐射噪声以及海洋噪声进行采集、存储与分析的工作是开展上述工作的前提。近年来，世界各国加强了对低噪声水下航行辐射噪声以及海洋噪声采集装置的研究和开发工作。因此，如何实现准确、高效、长时间的采集和存储低噪声水下航行辐射噪声以及海洋噪声，并能够对数据进行分析研究，是本领域技术人员等待解决的问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术提供一种新型MEMS换能器水下噪声测量系统，所述测量系统能够长时间、连续的采集低噪声水下航行辐射噪声以及海洋噪声，并对采集到的信号进行放大、滤波、转换和存储；能够达到深水复杂海洋环境下噪声测试评估需求，可以测量舰船噪声及其时频域分析、计算辐射噪声频带声源级、计算声压谱源级、计算噪声线谱声源级以及计算线谱频率和幅值。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供的新型MEMS换能器水下噪声测量系统，包括同轴封装姿态自校准MEMS矢量水听器、三维电子罗经模块和采集存储系统模块，将采集到的噪声信息记录到大容量存储器里面，试验结束后将数据读出，导入相应的软件进行噪声测量分析。所述同轴封装姿态自校准MEMS矢量水听器通过水密接插件与所述采集存储系统模块相连，实现3路模拟信号的采集与存储，所述三维电子罗经模块与采集存储系统模块相连，并与MEMS矢量水听器封装到一起，实现实时监测水听器在水下的姿态信息的采集，所述采集存储系统模块通过USB3.0接口与PC机连接，不仅通过上位机实现对系统的自检测与配置功能，而且实现数据的快速导出。
[0007]通过采用上述方案，所述新型MEMS换能器水下噪声测量系统可以用于低噪声水下
航行辐射噪声以及海洋噪声，将声信号转换为电信号，对采集到的声信号进行初步处理并存储到SD卡中，并能够对海洋噪声数据进行处理分析，测量舰船噪声及其时频域分析、计算辐射噪声频带声源级、计算声压谱源级、计算噪声线谱声源级以及计算线谱频率和幅值。
[0008]MEMS矢量水听器，用于采集范围内的水下声信号，包括接收点处的声压和振速信号，将其转换为模拟信号形式，将模拟信号发送给所述采集存储系统模块；MEMS矢量水听器，安装在耐压电子舱外部，通过水密接插件与所述耐压电子舱相连接。通过水密接插件，为所述MEMS矢量水听器提供工作电源并接收所述MEMS矢量水听器采集到的声信号，对声信号初步处理后进行SD卡存储，水密接插件的使用也方便更换水听器以及系统的运输；所述测量系统也通过水密接插件与外部设备进行通信、接收指令和发送数据。
[0009]作为优选，所述信号调理电路部分由放大与滤波以及调理电路供电电路三部分组成；所述采集存储系统由FPGA、ARM、模数转换模块、存储模块、电源模块、USB模块、接口电路模块组成，模块与模块间电性相连。
[0010]作为优选，所述放大与滤波电路模块将MEMS矢量水听器采集到的声信号进行放大滤波，所述放大电路模块中放大倍数可以调节。
[0011]作为优选，所述模数转换模块接收所述信号调理电路输出的声压信号和振速信号，使得信号从模拟信号转换为数字信号，并将信号传递到所述FPGA模块，所述模数转换模块使用了高精度ADC芯片中的3路通道，采用SPI接口与所述FPGA模块连接。
[0012]作为优选，所述三维电子罗经放置在耐压电子舱外，与MEMS矢量水听器进行同轴封装，用于监测水听器在水下的姿态。系统选用迈科传感技术有限公司的倾角补偿三维电子罗盘，可以同时采集到倾斜角、横滚角、航向角的角度信息，所述传感器通过RS232接口与主控进行通信，完成指令接收和角度回传等功能。
[0013]本系统的信号调理电路部分由放大与滤波以及调理电路供电电路三部分组成，放大电路部分采用TI公司的低噪声、低失真仪表放大器进行对微弱电压信号的放大。滤波电路部分选用ADI公司的双通道低噪声运放对信号进行低通滤波。
[0014]作为优选，所述三维电子罗经模块的输出数据的采用自容式存储，与噪声数据实现精准同步存储，在进行低噪声水下航行辐射噪声以及海洋噪声的声信号采集存储时实时采集矢量水听器的水下姿态，在后期的数据处理中可以减小计算误差。
[0015]作为优选，所述新型MEMS换能器水下噪声测量系统的整体供电使用双节锂电池充电管理电路通过对两串四并联的锂电池进行控制对整个系统进行供电。电池电压为8.4V。
[0016]作为优选，所述调理电路供电电路，将锂电池所供的8.4V直流电经过DC
‑
DC模块电路转换后对传感器与信号调理电路进行供电。
[0017]作为优选，所述数字模块供电，将锂电池所供直流电通过同步降压转换器及线性稳压器进行转换，并使用降压芯片稳压至3.3V和5V从而对FPGA、STM32以及AD转换模块进行供电。
[0018]作为优选，所述存储模块，通过STM32对SD卡进行控制，存储FPGA从模数转化后采集到的三路模拟声信号及电子罗经数据，同时控制上位机对SD中所存储的数据的读取。
[0019]有益效果：MEMS矢量水听器用于采集低噪声水下航行辐射噪声以及海洋噪声等水下声信号，并将经过信号调理电路处理的信号传递到采集存储模块；采集存储模块由外部
提供的锂电池进行供电；对MEMS矢量水听器采集的声信号进行放大滤波、模数转换后存储到SD卡中；对三维电子罗经实时监测的水听器的姿态信息与噪声数据实现精准同步后也存储到SD卡中；噪声测量系统接收上位机发送的指令信号，进行初始化操作，并可通过RS232接口将数据传递给上位机。采用本专利技术的新型MEMS换能器水下噪声测量系统能够完成对低噪声水下航行辐射噪声以及海洋噪声的声信号采集存储；并且可以通过三维电子罗经模块可以实时监测水听器的姿态信息，可以更好的适用于深水复杂海洋环境下噪声测试评估需求，可以测量舰船噪声及其时频域分析、计算辐射噪声频带声源级、计算声压谱源级、计算噪声线谱声源级以及计算线谱频率和幅值。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型MEMS换能器水下噪声测量系统，其特征在于：包括同轴封装姿态自校准MEMS矢量水听器、三维电子罗经模块和采集存储系统模块，将采集到的噪声信息记录到大容量存储器里面，试验结束后将数据读出，导入相应的软件进行噪声测量分析；所述同轴封装姿态自校准MEMS矢量水听器通过水密接插件与所述采集存储系统模块相连，实现多路模拟信号的采集与存储，所述三维电子罗经模块与采集存储系统模块相连，并与水听器封装到一起，实现实时监测水听器在水下的姿态信息的采集。2.根据权利要求1所述的新型MEMS换能器水下噪声测量系统，其特征在于：所述采集存储系统模块与PC机连接，通过上位机实现对系统的自检测与配置功能，同时实现数据的快速导出。3.根据权利要求1所述的新型MEMS换能器水下噪声测量系统，其特征在于：单个矢量水听器测量系统同时测量接收点处的声压信息和振速信息，通过对声压和振速的处理，可以计算有功声强，利用各向同性噪声相互抵消来提高信噪比。4.根据权利要求1所述的新型MEMS换能器水下噪声测量系统，其特征在于：所述采集存储系统模块封装在耐压电子舱内，主要包括信号调理电路、FPGA、ARM、模数转换模块、数据采集模块、存储模块、电源模块、USB模块和接口电路模块，模块与模块间电性相连。5.根据权利要求4所述的新型MEMS换能器水下噪声测量系统，其特征在于：所述ARM作为系统的CPU，用来与上位机进行通信，并完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晟耀，缪旭弘，张国军，王雪仁，苏常伟，唐宇航，周涛，李欣，张一凡，张文栋，张洁，朱珊，张艳涛，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：