深海浮標式水下監聽裝置電路系統的設計

摘要：本文給出了深海浮標式水下監聽裝置電路系統的設計

關鍵詞：浮標；水聽器：檢波

引言

現在海洋技術飛速發展，深海水下爆炸裝置的應用也越來越多，然而，從海面上是無法直接收聽到爆炸裝置的爆炸聲的，這就需要設計一種裝置來記錄爆炸聲信號，已確定裝置是否確實引爆。本文就是介紹這樣一種裝置一一深海浮標式水下監聽裝置。本裝置通過換能器接受爆炸信號。通過頻率變換合成電路，將爆炸聲轉換為頻率為IkHz的可記錄的信號，記錄到錄音筆中。可以通過播放錄音筆來聽取爆炸信號，或者，接到示波器上觀察，更為直觀。

本裝置采用雙體流線型玻璃鋼結構，中間裝配繞索筒和電路儀器艙，具有外形小，重量輕，浮力大。布放方便的特點。結構示意圖如圖1所示。

電路儀器艙的電路設計

電路儀器艙用來實現對換能器信號的處理，最終將收取到的爆炸信號記錄到錄音筆中。電路儀器艙由放大電路、頻率變換合成電路、錄音筆，供電裝置組成。儀器艙的信號流框圖見圖2。

水聽器

水聽器分為發射水聽器和接受接收器。發射水聽器安裝在爆炸裝置上，聲源級為185dB，接受水聽器布放在水下15米處，主要是接受水下的爆炸聲信號，并將其轉換為電信號。通過三芯帶屏蔽網的電纜線與浮標內的處理電路相連。電纜要有耐磨性、有足夠的強度，能夠支撐換能器重量的要求。

放大電路

放大器使用的是TI公司的TLC277TM精密雙運放放大器。由于爆炸裝置可能在水下100m，200m。300m，400m及400m以上進行爆炸分離，爆炸裝置在不同深度上發出不同的個數的聲脈沖，用以判斷爆炸裝置的爆炸分離的深度，具體關系見表1。因為爆炸裝置爆炸分離的深度不同，換能器接受的電壓信號就會有差異，具體關系見下式：

μV=MO×μPa (1)

TL=2010gr+α×r×10^-3(2)

其中：μV為換能器輸出電壓值α；MO為換能器的靈密度；μPa為l平方米上的壓力：TL為聲信號在水中的衰減：，為爆炸裝置分離時的距離；α為海況系數。

與此可見，爆炸裝置爆炸分離時的距離越遠聲信號的衰減越大，接收到的電信號也就越小。所以，我們將放大器的放大倍數設為兩個級別2s倍和300倍，25倍用于爆炸裝置處于400米以上，300倍用于爆炸裝置處于400米以下。放大倍數的選擇可以通過電路板上的短路塊實現前放TLC272(U3)的放大倍數25倍或300倍可通過J1短接塊實現，1和2短接則放大2s倍：2和3短接則放大300倍。放大電路見圖3。

頻率變換合成電路

頻率變換合成電路是將頻率為25kHz左右人耳聽不到的爆炸噪聲信號變換為頻率為lkHz入耳能聽到的信號。其中25kHz的帶通濾波器選用的是MAXIM公司的MAX275AEPP，濾波頻率可以通過外面的4個電阻來實現。具體計算如下：

其中：f0為帶通濾波的中心頻率；Q為品質因素；Holp為放大系數：Rx/Ry=1/5

濾波電路示于圖4。1kHz頻率的信號通過555定時器的單穩電路和震蕩電路得到。合成器是通過TLC277將頻率進行疊加。

錄音筆

錄音筆是信號的記錄部分，選用的是DEC公司的DEC-SR370se。錄音模式分三種可選擇：高清晰度模式，可錄音4小時；普通模式，可以錄音9小時：低清晰度模式，可錄音18小時。試驗完后，可以從浮標內取出，播放來聽取噪聲信號。或者，接到示波器上進行觀察，更加直觀。

供電裝置

本裝置采用電池供電，選用成都建中鋰電池廠的CRl7450，四節電池做成電池盒，其中三節串聯給電路板供電，一節給錄音筆供電。CRl7450的容量為1800毫安時。可以滿足電路板75小時供電，錄音筆15小時供電。

結語

本裝置已經在深海水下爆炸監聽中得到了實際應用，系統工作穩定，裝置通過水上反演，結果顯示裝置能夠很好地記錄了深海的爆炸聲。獲得良好的效果，得到使用方的肯定。