專利名稱：一種用于消除振速水聽器的振動噪聲的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振速水聽器，具體涉及一種用于消除振速水聽器安裝于剛性、非穩(wěn)水下平臺振動噪聲的裝置。
背景技術(shù)：
振速水聽器在水聲設(shè)備上的應用日益廣泛，但長期以來，在非穩(wěn)性水下平臺上安裝使用振速水聽器時，由于受到非穩(wěn)平臺自身振動噪聲干擾的影響，限制了振速水聽器的實際使用效果，其主要原因是振速水聽器內(nèi)部拾振部件的主要敏感元件采用的是振動傳感器，而整個拾振部件是通過彈簧懸掛在支架上然后再固定于水下安裝平臺，當水下平臺由于自身的非穩(wěn)定性受到海流等外力作用發(fā)生振動時，這種振動通過振速水聽器的懸掛支架、彈簧等部件耦合到水聽器拾振部件的主要敏感元件上，產(chǎn)生噪聲信號。這種噪聲信號疊加在振速水聽器所另外獲取的有用聲波信號上，形成了干擾。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于消除振速水聽器振動噪聲的裝置，能夠抵消水下平臺的振動噪聲對振速水聽器的干擾。本發(fā)明的一種用于消除振速水聽器的振動噪聲的裝置，包括振速水聽器、振動監(jiān)測傳感器、傳感器安裝適配座、信號調(diào)理電路、差分放大電路和信號電纜所述振速水聽器固定在水下平臺的外表面，用于探測含有振動噪聲的水下聲場的聲波信號；所述傳感器安裝適配座緊固在水下平臺的內(nèi)壁上；所述傳感器安裝適配座由剛性材料加工而成；振動監(jiān)測傳感器采用與振速水聽器相同的三軸加速度計作為敏感元件，用于探測水下平臺的振動信號；振動監(jiān)測傳感器固定安裝在傳感器安裝適配座上，且振動監(jiān)測傳感器中的三軸加速度計的三個軸的方向與振速水聽器中的三軸加速度計的所對應的三個軸的方向一致；所述信號調(diào)理電路安裝在水下平臺內(nèi)部，其設(shè)置有兩個信號輸入口 Pl和P2、兩個信號輸出口 01和02 ；其中信號輸入口 Pl通過信號電纜與振動監(jiān)測傳感器的信號輸出端相連，并接收振動監(jiān)測傳感器輸出的水下平臺的振動信號；信號輸入口 P2通過穿過水下平臺的信號電纜與振速水聽器的信號輸出端相連，并接收振速水聽器輸出的含有振動噪聲的水下聲場的聲波信號；信號調(diào)理電路將水下平臺的振動信號放大Al倍，將含有振動噪聲的水下聲場的聲波信號放大A2倍后分別通過信號輸出口 01和02輸出； 所述Al和A2滿足Al = AugA2，其中增益倍數(shù)Au是在空氣環(huán)境下，振速水聽器和振動監(jiān)測傳感器對同一振動信號的幅度的測量值的比值； 所述增益倍數(shù)Au的確定方法為在空氣中用磁電式振動激勵臺對裝置施加大幅度的振動力，將得到振速水聽器的輸出信號的幅度值除以振動監(jiān)測傳感器的輸出信號的幅度值，即得到增益倍數(shù)Au。所述信號調(diào)理電路分別采用兩個型號為AD820的運算放大器對振速水聽器和振動監(jiān)測傳感器的輸出信號進行放大。在與振動監(jiān)測傳感器相連的運算放大器的負輸入端和信號輸出端之間串聯(lián)的電阻為可變電阻，用于調(diào)整該運算放大器的放大倍數(shù)。所述信號調(diào)理電路中的運算放大器的信號輸入端和信號輸出端分別串接入一個電容。所述差分放大電路的兩個輸入口分別連接信號調(diào)理電路的兩個信號輸出口，并對兩路信號求差值后再進行放大輸出。所述差分放大電路采用型號為AD620AN的差分儀表放大器對兩路信號進行差分放大處理。本發(fā)明提供的一種用于消除振速水聽器振動噪聲的裝置，采用振動監(jiān)測傳感器、 信號調(diào)理電路和差分放大電路抵消了對水下平臺的振動噪聲對振速水聽器的干擾，由此提高了振速水聽器的測量準確度；采用信號調(diào)理電路對振動檢測傳感器和振速水聽器的輸出信號的放大倍數(shù)進行調(diào)整，使振速水聽器的測量精度大幅度提高；在與振動監(jiān)測傳感器相連的運算放大器的信號輸出端和負輸入端之間通過電纜連接一個變阻器，是用戶可根據(jù)實際需要隨時調(diào)整該運算放大器的放大倍數(shù)，使該裝置實用方便靈活。


圖1為本發(fā)明的一種用于消除振速水聽器振動噪聲的裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明的一個實施例中的信號調(diào)理電路和差分放大電路的連接原理圖。其中，1-振速水聽器、Ia-彈簧、Ib-支架、2-水下平臺、3-振動監(jiān)測傳感器、4-傳感器安裝適配座、5-信號電纜、6-差分放大電路、7-信號調(diào)理電路。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明提供了一種消除振速水聽器的振動噪聲的裝置，下面以三維振速水聽器安裝在圓筒狀水下平臺的為典型實施例來具體敘述如圖1所示，圓筒狀的水下平臺2為內(nèi)部有加強肋的、近似剛性的密封艙體。振速水聽器1的彈簧la、支架Ib等組裝完畢后，固定安裝在水下平臺2的上表面，振速水聽器1 的信號輸出端通過水密的信號電纜5將信號引入艙體內(nèi)部，并與艙體內(nèi)部的信號調(diào)理電路 7的輸入端相連；振動監(jiān)測傳感器3通過傳感器安裝適配座4緊固在水下平臺2的艙體內(nèi)壁上，并通過信號電纜5與信號調(diào)理電路7實現(xiàn)電氣連接；振速水聽器1輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理電路7放大濾波后，輸入到差分放大電路6的信號輸入端；振動監(jiān)測傳感器3感知到的信號經(jīng)過信號調(diào)理電路7 —定倍數(shù)的放大后輸入到差分放大器電路6的信號輸入端；差分放大器電路6將兩端輸入的振速水聽器1的信號與振動監(jiān)測傳感器3的信號進行減法運算后放大輸出。如圖2所示，信號調(diào)理電路7和差分放大電路6的連接原理圖信號調(diào)理電路7由型號均為AD820的運算放大器U7、U8與電阻、電容等構(gòu)成兩通道正向放大器，其中C42、C43、 C44、C45是隔直電容，電阻R32、R35是阻抗匹配電阻，電阻R30、R34是限流電阻，可變電阻 R33、電阻R31是反饋電阻，其中，運算放大器U7的正信號輸入端(3號引腳)與振動檢測傳感器的信號輸出端相連，負信號輸入端O號引腳)與信號輸出端(6號引腳)之間串聯(lián)可變電阻R33，負信號輸入端O號引腳)與通過電阻R 30接地，則運算放大器U7的放大倍數(shù)為Al = 1+R33/ R30 ；運算放大器U8的正信號輸入端(3號引腳)與振速水聽器1的信號輸出端相連， 負信號輸入端O號引腳)與信號輸出端(6號引腳)之間串聯(lián)電阻R31，負信號輸入端O 號引腳)與接地端串聯(lián)電阻R34，則運算放大器U8的放大倍數(shù)為A2 = 1+R31/R34 ；差分放大電路6由型號為AD620差分儀表放大器U2與增益控制電阻RlO構(gòu)成，其差分放大倍數(shù)為:A3 = 1+49. 4k/R10 ；運算放大器U7的信號輸出端(6號引腳)連接差分儀表放大器U2的負信號輸入端O號引腳)，運算放大器U8的信號輸出端(6號引腳)連接差分儀表放大器U2的正信號輸入端(3號引腳)；差分儀表放大器U2將以上兩個信號求差值后放大A3倍后輸出。在運算放大器U7的正信號輸入端串聯(lián)電容C43，運算放大器U7的信號輸出端串聯(lián)電容C42 ；在運算放大器U8的正信號輸入端串聯(lián)電容C45，在運算放大器U8的信號輸出端串聯(lián)電容C44，用來濾除電路中的直流信號。由于振速水聽器1探測到的信號包含兩部分一部分水下聲場中傳播的聲波信號，為有用信號；另一部分是通過自身的彈簧Ia與支架Ib耦合過來的水下平臺2自身的振動信號，為噪聲干擾信號，而這部分噪聲干擾信號同樣可以被振動監(jiān)測傳感器3所探測。因此，此時將振速水聽器1的輸出信號與振動監(jiān)測傳感器3的輸出信號相減，可以抵消噪聲干擾。由于振速水聽器1是彈簧Ia與支架Ib耦合過來的水下平臺2自身的振動信號，而振動檢測傳感器是通過剛性的傳感器安裝適配座4探測得到的水下平臺2自身的振動信號， 因此，由于材料和振動方式不同，兩者探測到的水下平臺2自身的振動信號的幅度就會出現(xiàn)偏差，為消除該偏差，就有必要將振動監(jiān)測傳感器3的放大倍數(shù)乘以一個增益倍數(shù)Au，使振速水聽器1和振動監(jiān)測傳感器3檢測到得同一振動信號的幅度相同，該增益倍數(shù)的確定方法如下在空氣中將系統(tǒng)按照上面的步驟安裝聯(lián)接完畢后，用振動通用測量儀器——磁電式振動激勵臺給出一定頻率與幅度的振動激勵信號，觀察水下平臺2上安裝的振速水聽器 1的輸出信號與振動監(jiān)測傳感器3的輸出信號，分別記錄兩種信號的幅度，計算信號幅度之比，該比值即為增益系數(shù)Au，運算放大器U8的放大倍數(shù)A2乘以增益系數(shù)Au，即得到運算放大器U7的放大倍數(shù)Al，兩者關(guān)系可表示成A1 = AugA2 ；根據(jù)以及兩者之間的關(guān)系，即能確定可變電阻R33的阻
值在不同的使用條件下，根據(jù)實際測得的增益系數(shù)Au來調(diào) K34
整可變電阻連入電路中的阻值，即可使其在一定頻段內(nèi)保證兩種信號的幅度相等，由此實現(xiàn)了對噪聲的抑制與抵消。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、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
1.一種用于消除振速水聽器的振動噪聲的裝置，其特征在于，包括振速水聽器(1)、振動監(jiān)測傳感器(3)、傳感器安裝適配座G)、信號調(diào)理電路(7)、差分放大電路(6)和信號電纜⑶所述振速水聽器(1)固定在水下平臺的外表面，用于探測含有振動噪聲的水下聲場的聲波信號；所述傳感器安裝適配座(4)緊固在水下平臺的內(nèi)壁上；振動監(jiān)測傳感器C3)采用與振速水聽器相同的三軸加速度計作為敏感元件，用于探測水下平臺的振動信號；振動監(jiān)測傳感器C3)固定安裝在傳感器安裝適配座(4)上，且振動監(jiān)測傳感器C3)中的三軸加速度計的三個軸的方向與振速水聽器(1)中的三軸加速度計的所對應的三個軸的方向一致；所述信號調(diào)理電路(7)安裝在水下平臺內(nèi)部，其設(shè)置有兩個信號輸入口 Pl和P2、兩個信號輸出口 01和02 ；其中信號輸入口 Pl通過信號電纜( 與振動監(jiān)測傳感器(3)的信號輸出端相連，并接收振動監(jiān)測傳感器C3)輸出的水下平臺的振動信號；信號輸入口 P2通過穿過水下平臺的信號電纜(5)與振速水聽器(1)的信號輸出端相連，并接收振速水聽器(1) 輸出的含有振動噪聲的水下聲場的聲波信號；信號調(diào)理電路(7)將水下平臺的振動信號放大Al倍后通過信號輸出口 01輸出；信號調(diào)理電路(7)將含有振動噪聲的水下聲場的聲波信號放大A2倍后分別通過信號輸出口 02 輸出；所述Al和A2滿足Al = Aug42，其中增益倍數(shù)Au是在空氣環(huán)境下，振速水聽器(1)和振動監(jiān)測傳感器C3)對同一振動信號的幅度的測量值的比值；所述差分放大電路(6)的兩個輸入口分別連接信號調(diào)理電路(7)的兩個信號輸出口， 并對接收來的兩路信號求差值后再進行放大輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于消除振速水聽器振動噪聲的裝置，其特征在于，所述增益倍數(shù)Au的確定方法為在空氣中用磁電式振動激勵臺對裝置施加大幅度的振動力，將得到振速水聽器⑴的輸出信號的幅度值除以振動監(jiān)測傳感器⑶的輸出信號的幅度值， 即得到增益倍數(shù)Au。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于消除振速水聽器的振動噪聲的裝置，其特征在于，所述差分放大電路(6)采用型號為AD620AN的差分儀表放大器對兩路信號進行差分放大處理。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于消除振速水聽器的振動噪聲的裝置，其特征在于，所述傳感器安裝適配座由剛性材料加工而成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于消除振速水聽器的振動噪聲的裝置，其特征在于，所述信號調(diào)理電路(7)分別采用兩個型號為AD820的運算放大器對振速水聽器(1)和振動監(jiān)測傳感器(3)的輸出信號進行放大。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用于消除振速水聽器的振動噪聲的裝置，其特征在于，在與振動監(jiān)測傳感器C3)相連的運算放大器的負輸入端和信號輸出端之間串聯(lián)的電阻為可變電阻，用于調(diào)整該運算放大器的放大倍數(shù)。
7.如權(quán)利要求5所述的一種用于消除振速水聽器的振動噪聲的裝置，其特征在于，所述信號調(diào)理電路(7)中的運算放大器的信號輸入端和信號輸出端分別串接入一個電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于消除振速水聽器振動噪聲的裝置，采用振動監(jiān)測傳感器、信號調(diào)理電路和差分放大電路抵消了對水下平臺的振動噪聲對振速水聽器的干擾，由此提高了振速水聽器的測量準確度；采用信號調(diào)理電路對振動檢測傳感器和振速水聽器的輸出信號的放大倍數(shù)進行調(diào)整，使振速水聽器的測量精度大幅度提高；在與振動監(jiān)測傳感器相連的運算放大器的信號輸出端和負輸入端之間通過電纜連接一個變阻器，是用戶可根據(jù)實際需要隨時調(diào)整該運算放大器的放大倍數(shù)，使該裝置實用方便靈活。
文檔編號G01H11/06GK102494758SQ20111044959
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者付繼偉, 佘湖清, 宋雯婧, 汪小亞, 陳韶華 申請人:中國船舶重工集團公司第七一○研究所