水下聲系統性能檢測裝置的設計研究

嚴侃

摘 要：作為海軍艦船上的重要裝備，聲吶設備為海底地質探測與分類的實現提供了可能，這很大程度上有賴于水下聲系統的技術支持，水下聲系統性能檢測不僅影響著海底測繪的有效性，而且關系著聲吶設備的測量準確性與可信性，因此對水下聲系統性能檢測尤為重要。該次研究將著重對水下聲系統性能檢測裝置的設計進行深入分析，為相關行業提供有效的參考。

關鍵詞：水下聲系統 性能檢測 裝置 設計

中圖分類號：TN912 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（b）-0011-02

海洋在整個地球占據著71%的面積，隨著科學技術的不斷發展，陸地資源幾近枯竭，人類開始轉向對海洋資源的有效開發[1]。近年來，水下聲系統性能檢測裝置在海底探測中得到了廣泛應用，其不僅攜帶方便，而且靈活性高，水下聲系統性能檢測裝置的設計研究有著重要的實踐意義與應用價值。

1 水下聲系統性能檢測裝置設計

水下聲系統性能檢測裝置主要是針對目前水下聲系統單元數目龐大而設計的一種能夠實現性能檢測的裝置。通常，水下聲系統單元工作受環境的限制，難以采用絕緣電阻方式實現對單元性能的檢測。其次水下單元復雜多樣，單純地依賴每路檢測容易引起插頭接觸不良或插件損壞，而在水下聲系統性能檢測裝置下，能夠確保聲吶處于最佳工作狀態。該檢測裝置設計精巧、結構合理，不僅操作便利，而且具有較高的穩定性能。該裝置采用的是單片機技術，能夠實現自動化顯示與鍵盤操作，且在低導通電阻模擬開關芯片以及模數轉換器件的支持下，水下聲系統的小信號分貝轉換得以順利實現。水下聲系統性能檢測裝置能夠同時實現聲吶水下陣元噪聲測試與響應檢測等。

2 水下聲系統性能檢測裝置的設計需求

2.1 檢測裝置的工作內容

檢測裝置的設計主要取決于其需要完成的各項工作內容，該裝置不僅要能夠實現對各個接收單元噪聲電平以及前放直流漂移的測試與檢查，而且要能夠為響應檢查、接收單元聽音檢查提供支持。

2.2 軟件需求

該檢測裝置對軟件功能有著較高的需求，不僅要滿足鍵盤控制的需要，而且要協助實現顯示信息的轉化與輸出。首先要確認被按下的按鍵，可以對接口電路進行全面的觀察，采用軟件循環檢測的方式對鍵盤的運行狀態進行檢測。若檢測結果顯示存在按鍵被按下，那么相應的單元數子程序與輸出控制碼子程序需要進行調用，最終實現對單元選擇、顯示的有效控制。

2.3 其他需求

首先，在電源選擇方面以+5 V與15 V電源供電為宜，需要注意的是電路板環境要嚴格按照試驗大綱進行相應布置，電路板的尺寸要能夠符合該檢測裝置的內部尺寸需要。

2.4 系統可靠性

該水下聲系統性能測試系統對技術條件有著較高的要求，且需要極高的可靠性，在對電路板及機箱進行設計的過程中，要盡量確保機械部分與電路部分的可靠性。首先實施功能模塊設計，可以通過功能模塊化確保裝配、測試以及維修等功能的實現，同時為調式、組裝提供便利。其次要對系統進行簡化設計，力求各個模塊電路連接等達到最簡，以滿足復雜條件下的檢測需求[2]，采用經過試驗認證的可靠技術標準，增強系統的可靠性。除此之外還要進行電磁兼容性與減額設計，避免其他設備運行產生的干擾。

3 方案設計

3.1 電路檢測

電路檢測主要包括兩個方面。首先檢測電路1板電路主要采用的是模擬信號多路轉換器，其能夠促進各個水聽器信號的有效切換。其次在集成濾波塊的支持下，切換后信號的濾波處理也能夠得到相應的保障。檢測電路2板電路則主要提供的是左舷8水聽器信號的切換，采用模數轉換器實現對右舷切換后水聽器信號的有效處理。水下聲系統性能測試裝置原理見圖1。

3.2 控制電路檢測

控制電路檢測主要由控制電路與鍵盤控制顯示面板兩部分組成，其主要是對左右舷所有水聽器信號的有效切換與控制，該功能能夠將水聽器的具體舷位、分貝值等信息呈現于控制面板上。

3.3 功率放大電路

通常，進行切換選擇后，需要對水聽器信號進行相應地音頻功率放大，并實施聽音檢測，一般可采用該檢測裝置自帶的揚聲器進行收聽，當然也可以通過外線耳機進行監聽。

4 電路實現及調試

4.1 檢測控制電路設計

隨著現代科學技術的不斷發展以及水下聲基陣單元的增加，傳統的聲吶控制電路已經不能夠滿足單元選擇控制以及換能器檢查的需要，開始選擇單片機作為檢測控制電路的重要設備。首先可采用操作鍵盤對各路基陣單元進行選擇，實現鍵盤信息向控制編碼以及單元數的轉變，并將其傳送到單元選擇數碼管系統以及檢測電路中。聲吶包含了多個換能器單元，有左、右舷之分，通常可設計兩組或兩組以上按鍵，以實現更為快捷的選擇換能器單元。若右舷鍵被按下，那么左舷鍵將會保持原有狀態，若左舷鍵被按下，那么右舷鍵則會得到釋放，其能夠促進每路換能器單元選擇的實現。

4.2 檢測電路設計

檢測電路設計主要是為了實現對水下單元電信號的過濾、放大以及轉換等相關處理。該次實驗研究所采用的軟件為Protel 99SE軟件，在該軟件的支持下，自動布線以及手工布線制板能夠順利得以實現，且該系統設計充分考慮了數字電路與模擬電路的相關處理問題，干擾較小，其電路部分已經基本上實現了軟件仿真。

4.3 功率放大電路

水下聲系統性能檢測裝置設計采用了音頻放大器件，能夠將水下聲系統信號進行放大處理，在該環境條件下，檢測人員只需接入外接耳機或通過揚聲器便能夠實施監聽。該系統選取的音頻功率放大芯片為LM388，單電源+15V供電，為了便于與電路功率的調整，電路設計選取的是20dB，并適當預留增益，能夠對焊接柱進行調節。

5 結語

近年來，我國的海洋測繪技術取得了卓有成效的發展，在現代衛星、通信以及計算機等技術的支持下，海洋的開發與利用已經得以實現，為社會生產與人類生活提供了豐富的資源。而水下聲系統作為聲吶設備的重要組成，其性能狀態直接關系著聲吶設備的運行穩定性與可靠性，因此必須設計出水下聲系統性能檢測裝置，實現對水下聲系統性能的有效測試，提升其實用性與便捷性，發揮其在海底探測中的作用，為現代生產提供必要的技術支持。

參考文獻

[1] 茍艷妮，王英民，王奇.實測新型水下小尺寸擴展式基陣聲探測系統定向性能研究[J].西北工業大學學報，2015，21（3）： 426-431.

[2] 綦聲波，劉群，王圣南.水下方位/CTD數據記錄儀硬件在環測試系統研究[J].機電工程，2016，33（6）：142-143.