海洋背景噪声声压信号监测设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种海洋背景噪声声压信号监测设备，包括壳体以及设置于壳体中的光路系统、控制系统和供电系统；所述壳体的左侧或者右侧开口，在所述开口处安装有一带反射面的振动片，通过所述振动片与壳体形成一个密闭的腔室，且振动片的反射面朝向腔室内；在所述腔室内设置有一带透视窗的隔板，将腔室分隔成左右两部分，其中振动片所在的腔室为气室，通过管路与位于壳体外部的气囊连通，另外一个腔室为器件室，布设所述的控制系统、供电系统以及光路系统中的激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和光电接收器。本实用新型专利技术利用迈克尔逊干涉原理进行光路系统的结构设计，精度高、线性度好，在低频段信号无衰减，具有良好的频率响应特性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于水下监测装置
，具体地说，是涉及一种用于对海洋的背景噪声进行声压信号监测的设备。
技术介绍
研究海洋背景噪声场的特性与模型，可以反演海洋的运动过程，了解海洋动物的行为，进而有助于进行水下目标的识别、声纳性能的评估以及水声对抗的研究。随着现代工业生产、海洋航运以及渔业的发展，海洋背景噪声的特性变得更加复杂，这也对海洋噪声的监测提出了更高的要求。传统用于检测水下噪声的声压监测装置多以压电式、电容式、磁电式测量原理为主，存在非线性、带宽窄、尤其在低频段信号灵敏度下降快等缺点。而低频段是现代海洋背景噪声与目标识别研究领域的主要频段，因而采用现有的声压监测装置并不能很好地满足海洋背景噪声声压强度的准确监测要求。
技术实现思路
本技术基于激光干涉原理，提出了一种海洋背景噪声声压信号监测设备，以提高对海洋背景噪声声压信号的检测精度。为了解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案予以实现一种海洋背景噪声声压信号监测设备，包括壳体以及设置于壳体中的光路系统、控制系统和供电系统；所述壳体的左侧或者右侧开口，在所述开口处安装有一带反射面的振动片，通过所述振动片与壳体形成一个密闭的腔室，且振动片的反射面朝向腔室内；在所述腔室内设置有一带透视窗的隔板，将腔室分隔成左右两部分，其中振动片所在的腔室为气室，通过管路与位于壳体外部的气囊连通，另外一个腔室为器件室，布设所述的控制系统、供电系统以及光路系统中的激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和光电接收器；所述激光器发射激光射向所述的分光镜，通过所述分光镜反射形成一路光束作为参考臂射向所述的平面反射镜，透射形成另一路光束作为测量臂穿过所述的透视窗射向振动片的反射面；通过所述平面反射镜和振动片反射的两路光束经由分光镜形成干涉后射入所述的光电接收器，进而通过光电接收器生成电流输出信号传输至控制系统中的控制器；在所述控制系统中还包含有压电陶瓷，安装在所述的平面反射镜上，接收控制器输出的电压信号，利用自身形变带动平面反射镜移动。优选的，在所述平面反射镜上优选安装两个压电陶瓷，一个接收控制器输出的调制信号，以用于判断振动片的形变方向；另一个接收控制器输出的补偿电压，以跟踪振动片的形变量。进一步的，所述的两个压电陶瓷按照同一极化方向对接粘合在一起，安装在所述平面反射镜的背面。优选的，在所述控制器中包括A/D转换器、D/A转换器和CPU，所述光电接收器输出的电流输出信号经A/D转换器变换为数字信号后传输至所述的CPU ;所述CPU通过D/A转换器输出电压信号至所述的压电陶瓷。又进一步的，在所述管路中安装有一电磁阀，接收控制器输出的开关控制信号，在设备下水后，通过控制器控制电磁阀打开，保持气室内的压力与外界水压一致。优选的，所述透视窗优选采用平面玻璃安装在所述隔板上。为了减小整个监测设备的体积，在所述光路系统中还包含有三个倾斜布设的反射镜，在所述器件室中，上方位置安装第一反射镜和所述的激光器，中间位置安装第二反射镜和所述的分光镜，所述第二反射镜与振动片分设在分光镜的左右两侧，下方位置安装第三反射镜和所述的平面反射镜；所述激光器沿水平方向发射激光，以45°入射角射入第一反射镜，反射形成垂直方向的光束以45°入射角射入第二反射镜，进而经由第二反射镜反射 形成水平方向的光束以45°入射角射入分光镜，通过分光镜反射形成垂直方向的第一段参考臂光束以45°入射角射入第三反射镜，进而经由第三反射镜反射形成水平方向的第二段参考臂光束射向垂直布设的平面反射镜；所述光电接收器布设在分光镜的上方，接收两束垂直入射的光线。为了便于干涉图样的采集，在所述第二反射镜与分光镜之间还设置有一扩束器，通过所述扩束器对激光器发出的激光光束的直径进行扩大。再进一步的，在所述器件室内还设置有通信系统，连接所述的控制器，将控制器计算生成的检测结果上传至上位机进行显示和存储。优选的，所述通信系统优选通过通讯线缆与上位机连接通信。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果是本技术的海洋背景噪声声压信号监测设备利用迈克尔逊干涉原理进行光路系统的结构设计，通过振动片感应海洋背景噪声的振动，进而使作为测量臂的光束长度发生变化，由此来改变通过分光镜反射和透射出的两束光线所形成的干涉条纹，由此便可以通过检测干涉条纹的变化间接地计算出海洋背景噪声的振幅，并可以进一步通过调节参考臂的距离来对计算出的振幅进行补偿，以获得更为精确的声压大小。由此设计的监测设备精度高、线性度好，在O-IOKHz范围内特别是在低频段信号无衰减，具有良好的频率响应特性，且该监测设备性能稳定，测量精度受设备中器件灵敏度的影响较小，易于实现制造集成。结合附图阅读本技术实施方式的详细描述后，本技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图I是本技术所提出的海洋背景噪声声压信号监测设备的整体结构示意图；图2是图I中光路系统和控制系统的设计原理示意图；图3是光路系统在声压监测设备壳体中的一种实施例的布设结构示意图；图4是中心为亮斑的干涉图样示意图；图5是振动片处于初始状态时干涉条纹的位移波形与电流输出信号的合成坐标图；图6是振动片内移时干涉条纹的位移波形与电流输出信号的合成坐标图；图7是振动片外移时干涉条纹的位移波形与电流输出信号的合成坐标图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细地说明。本技术的海洋背景噪声声压信号监测设备基于迈克尔逊干涉原理设计而成，采用补偿的方法监测海洋背景噪声的声压，在灵敏度、稳定性、频率响应能力特别是低频段的信号响应能力方面优于目前采用压电式、电容式、磁电式测量原理设计的声压监测设备。下面通过一个具体的实施例，来详细阐述所述海洋背景噪声声压信号监测设备的具体组建结构及其工作原理。实施例一，参见图 I所示，本实施例的海洋背景噪声声压信号监测设备主要由壳体2以及设置在所述壳体2中的光路系统、控制系统、供电系统和通信系统等部分组成。其中，供电系统用于为所述的光路系统、控制系统和通信系统提供工作电压；通信系统连接所述的控制系统，将控制系统计算生成的海洋背景噪声的声压上传至岸上的上位机，通过上位机向工作人员实时显示监测数据，并完成监测数据的长期连续保存，以方便研究人员随时调取进行海洋环境的研究和分析。在本实施例中，所述通信系统与上位机之间优选采用有线信号传输方式通过通信线缆连接通讯。所述通信线缆可以与用于下放声压监测设备的绳索整合设计在一起，同绳索一起随所述声压监测设备下放。当然，在所述声压监测设备中也可以不设置通信系统，通过在控制系统中设置存储器件，例如SD卡或者TF卡等，以用于保存监测到的海洋声压数据。在完成监测任务后，将所述声压监测设备提出水面，将存储器件与计算机连接通讯，实现监测数据的下载输出，供研究人员调取使用。对于所述的光路系统和控制系统，其设计原理参见图2所示。在本实施例的光路系统中主要包括激光器3、分光镜5、平面反射镜11、振动片I和光电接收器4等。其中，分光镜5可以选用半透射半反射的分光镜片，按照与水平面所成锐角为45°的关系倾斜设置。在分光镜5的左右两侧对应设置激光器3和振动片I。将所述振动片I垂直安装在壳体2 —侧的开口处，所述开口可以开设在壳体2的左侧，如图2所示，也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋背景噪声声压信号监测设备，其特征在于：包括壳体以及设置于壳体中的光路系统、控制系统和供电系统；所述壳体的左侧或者右侧开口，在所述开口处安装有一带反射面的振动片，通过所述振动片与壳体形成一个密闭的腔室，且振动片的反射面朝向腔室内；在所述腔室内设置有一带透视窗的隔板，将腔室分隔成左右两部分，其中振动片所在的腔室为气室，通过管路与位于壳体外部的气囊连通，另外一个腔室为器件室，布设所述的控制系统、供电系统以及光路系统中的激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜和光电接收器；所述激光器发射激光射向所述的分光镜，通过所述分光镜反射形成一路光束作为参考臂射向所述的平面反射镜，透射形成另一路光束作为测量臂穿过所述的透视窗射向振动片的反射面；通过所述平面反射镜和振动片反射的两路光束经由分光镜形成干涉后射入所述的光电接收器，进而通过光电接收器生成电流输出信号传输至控制系统中的控制器；在所述控制系统中还包含有压电陶瓷，安装在所述的平面反射镜上，接收控制器输出的电压信号，利用自身形变带动平面反射镜移动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，周忠海，刘军礼，刘波，吕成兴，李金萍，臧鹤超，张照文，惠超，蒋慧略，牟华，周晓晨，姚璞玉，徐娟，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：实用新型
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