專利名稱：一種海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水下監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及ー種用于對(duì)海洋的背景噪聲進(jìn)行聲壓信號(hào)監(jiān)測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
研究海洋背景噪聲場(chǎng)的特性與模型，可以反演海洋的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，了解海洋動(dòng)物的行為，進(jìn)而有助于進(jìn)行水下目標(biāo)的識(shí)別、聲納性能的評(píng)估以及水聲對(duì)抗的研究。隨著現(xiàn)代エ業(yè)生產(chǎn)、海洋航運(yùn)以及漁業(yè)的發(fā)展，海洋背景噪聲的特性變得更加復(fù)雜，這也對(duì)海洋噪聲的監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。傳統(tǒng)用于檢測(cè)水下噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置多以壓電式、電容式、磁電式測(cè)量原理為主，存在非線性、帶寬窄、尤其在低頻段信號(hào)靈敏度下降快等缺點(diǎn)。而低頻段是現(xiàn)代海洋背景噪聲與目標(biāo)識(shí)別研究領(lǐng)域的主要頻段，因而采用現(xiàn)有的聲壓監(jiān)測(cè)裝置并不能很好地滿足海洋背景噪聲聲壓強(qiáng)度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于激光干渉原理，提出了ー種海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，以提高對(duì)海洋背景噪聲聲壓信號(hào)的檢測(cè)精度。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
ー種海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，包括光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及為所述光路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供工作電源的供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng)中包括激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡、帶反射面的振動(dòng)片和光電接收器；所述激光器發(fā)射激光射向所述的分光鏡，通過(guò)所述分光鏡反射形成一路光束作為參考臂射向所述的平面反射鏡，透射形成另ー路光束作為測(cè)量臂射向所述振動(dòng)片的反射面；所述平面反射鏡對(duì)入射的光束進(jìn)行反射，經(jīng)由所述分光鏡透射后射入所述的光電接收器；所述振動(dòng)片對(duì)入射的光束進(jìn)行反射，經(jīng)由所述分光鏡反射后射入所述的光電接收器，兩束光線在光電接收器處匯合形成干涉圖樣；在所述控制系統(tǒng)中包括控制器和兩個(gè)安裝在所述平面反射鏡上的壓電陶瓷，所述控制器一方面輸出周期性正弦變化的調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一壓電陶瓷震蕩，另一方面接收光電接收器根據(jù)干渉圖樣產(chǎn)生的電流輸出信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算出補(bǔ)償電壓輸出至第二壓電陶瓷，通過(guò)控制第二壓電陶瓷形變帶動(dòng)所述平面反射鏡移動(dòng)，以調(diào)節(jié)所述干涉圖樣直到恢復(fù)到初始狀態(tài)；所述控制器根據(jù)輸出的補(bǔ)償電壓計(jì)算出振動(dòng)片的形變量，進(jìn)而得出海洋背景噪聲的聲壓。所述聲壓監(jiān)測(cè)裝置的具體工作過(guò)程包括以下步驟
a、在所述聲壓監(jiān)測(cè)裝置初始化時(shí)，首先通過(guò)對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，使所述光電接收器剛好檢測(cè)到干涉圖樣的中心亮斑；
b、聲壓監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，所述控制器根據(jù)其輸出的調(diào)制信號(hào)波形以及光 電接收器輸出的電流輸出信號(hào)判斷振動(dòng)片的振動(dòng)方向，具體過(guò)程為
若調(diào)制信號(hào)處于波峰時(shí)光電接收器輸出的電流值等于調(diào)制信號(hào)處于波谷時(shí)光電接收器輸出的電流值，則表示振動(dòng)片未發(fā)生形變，控制器不用輸出補(bǔ)償電壓；
若調(diào)制信號(hào)處于波峰時(shí)光電接收器輸出的電流值小于調(diào)制信號(hào)處于波谷時(shí)光電接收器輸出的電流值，則表示振動(dòng)片向縮小測(cè)量臂的方向形變，此時(shí)控制器控制第二壓電陶瓷形變，以帶動(dòng)平面反射鏡向縮小參考臂的方向移動(dòng)；
若調(diào)制信號(hào)處于波峰時(shí)光電接收器輸出的電流值大于調(diào)制信號(hào)處于波谷時(shí)光電接收器輸出的電流值，則表示振動(dòng)片向増大測(cè)量臂的方向形變，此時(shí)控制器控制第二壓電陶瓷形變，以帶動(dòng)平面反射鏡向増大參考臂的方向移動(dòng)。其中，所述控制器在控制第二壓電陶瓷形變以帶動(dòng)平面反射鏡移動(dòng)的過(guò)程中，輸出補(bǔ)償電壓Ucmp至第二壓電陶瓷，使所述光電接收器重新檢測(cè)到干涉圖樣的中心亮斑；然后，控制器將補(bǔ)償電壓Ucnip代入公式
權(quán)利要求
1.ー種海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及為所述光路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供工作電源的供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng)中包括激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡、帶反射面的振動(dòng)片和光電接收器；所述激光器發(fā)射激光射向所述的分光鏡，通過(guò)所述分光鏡反射形成一路光束作為參考臂射向所述的平面反射鏡，透射形成另一路光束作為測(cè)量臂射向所述振動(dòng)片的反射面；所述平面反射鏡對(duì)入射的光束進(jìn)行反射，經(jīng)由所述分光鏡透射后射入所述的光電接收器；所述振動(dòng)片對(duì)入射的光束進(jìn)行反射，經(jīng)由所述分光鏡反射后射入所述的光電接收器，兩束光線在光電接收器處匯合形成干渉圖樣；在所述控制系統(tǒng)中包括控制器和兩個(gè)安裝在所述平面反射鏡上的壓電陶瓷，所述控制器一方面輸出周期性正弦變化的調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一壓電陶瓷震蕩，另一方面接收光 電接收器根據(jù)干涉圖樣產(chǎn)生的電流輸出信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算出補(bǔ)償電壓輸出至第二壓電陶瓷，通過(guò)控制第二壓電陶瓷形變帶動(dòng)所述平面反射鏡移動(dòng)，以調(diào)節(jié)所述干涉圖樣直到恢復(fù)到初始狀態(tài)；所述控制器根據(jù)輸出的補(bǔ)償電壓計(jì)算出振動(dòng)片的形變量，進(jìn)而得出海洋背景噪聲的聲壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述聲壓監(jiān)測(cè)裝置初始化時(shí)，首先通過(guò)對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，使所述光電接收器剛好檢測(cè)到干涉圖樣的中心亮斑；聲壓監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，所述控制器根據(jù)其輸出的調(diào)制信號(hào)波形以及光電接收器輸出的電流輸出信號(hào)判斷振動(dòng)片的振動(dòng)方向 若調(diào)制信號(hào)處于波峰時(shí)光電接收器輸出的電流值等于調(diào)制信號(hào)處于波谷時(shí)光電接收器輸出的電流值，則表示振動(dòng)片未發(fā)生形變，控制器不輸出補(bǔ)償電壓； 若調(diào)制信號(hào)處于波峰時(shí)光電接收器輸出的電流值小于調(diào)制信號(hào)處于波谷時(shí)光電接收器輸出的電流值，則表示振動(dòng)片向縮小測(cè)量臂的方向形變，此時(shí)控制器控制第二壓電陶瓷形變，以帶動(dòng)平面反射鏡向縮小參考臂的方向移動(dòng)； 若調(diào)制信號(hào)處于波峰時(shí)光電接收器輸出的電流值大于調(diào)制信號(hào)處于波谷時(shí)光電接收器輸出的電流值，則表示振動(dòng)片向増大測(cè)量臂的方向形變，此時(shí)控制器控制第二壓電陶瓷形變，以帶動(dòng)平面反射鏡向増大參考臂的方向移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述控制器在控制第二壓電陶瓷形變以帶動(dòng)平面反射鏡移動(dòng)的過(guò)程中，輸出補(bǔ)償電壓Uranp至第二壓電陶瓷，使所述光電接收器重新檢測(cè)到干涉圖樣的中心亮斑；然后，控制器將補(bǔ)償電壓Ucmp代入 Ucmo a公式=^r- ± ,計(jì)算出振動(dòng)分量的補(bǔ)償值；假設(shè)聲壓監(jiān)測(cè)裝置所處海洋深度的水壓11 2造成振動(dòng)片的形變量為し則海洋背景噪聲的振幅AL= -L ;其中，A為激光波長(zhǎng)；U為控制第二壓電陶瓷形變幅度為*時(shí)控制器需要輸出的補(bǔ)償電壓值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述控制器中包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和CPU，所述光電接收器輸出的電流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號(hào)后傳輸至所述的CPU ;所述CPU通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出補(bǔ)償電壓至第二壓電陶瓷。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于將所述第一、第ニ壓電陶瓷按照同一極化方向?qū)诱澈显谝黄穑惭b在所述平面反射鏡的背面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)設(shè)置于ー殼體中，所述殼體的左端或者右端開(kāi)ロ，所述振動(dòng)片垂直安裝于所述開(kāi)ロ處，進(jìn)而與所述殼體形成一個(gè)密閉的腔室，且振動(dòng)片的反射面朝向腔室內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述光路系統(tǒng)中還包含有三個(gè)傾斜布設(shè)的反射鏡；其中，上方位置安裝第一反射鏡和所述的激光器，中間位置安裝第二反射鏡和所述的分光鏡，所述第二反射鏡與振動(dòng)片分設(shè)在分光鏡的左右兩偵牝下方位置安裝第三反射鏡和所述的平面反射鏡；所述激光器沿水平方向發(fā)射激光，以45°入射角射入第一反射鏡，反射形成垂直方向的光束以45°入射角射入第二反射鏡，進(jìn)而經(jīng)由第二反射鏡反射形成水平方向的光束以45°入射角射入分光鏡，通過(guò)分光鏡反射形成垂直方向的第一段參考臂光束以45°入射角射入第三反射鏡，進(jìn)而經(jīng)由第三反射鏡反射形成水平方向的第二段參考臂光束射向垂直布設(shè)的平面反射鏡；所述光電接收器布設(shè)在分光鏡的上方，接收兩束垂直入射的光線，以形成所述的干渉圖樣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述第二反射鏡與分光鏡之間還設(shè)置有ー擴(kuò)束器，通過(guò)所述擴(kuò)束器對(duì)激光器發(fā)出的激光光束的直徑進(jìn)行擴(kuò)大。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述殼體中還設(shè)置有通信系統(tǒng)，連接所述的控制器，將控制器計(jì)算生成的海洋背景噪聲的振幅AL上傳至上位機(jī)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述通信系統(tǒng)通過(guò)通訊線纜與上位機(jī)連接通信。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種海洋背景噪聲的聲壓監(jiān)測(cè)裝置，包括光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)；在所述光路系統(tǒng)中包括激光器、半透射半反射的分光鏡、平面反射鏡、帶反射面的振動(dòng)片和光電接收器；根據(jù)振動(dòng)片的形變?cè)诠怆娊邮掌魈幮纬勺兓母缮鎴D樣；在所述控制系統(tǒng)中包括控制器和兩個(gè)安裝在平面反射鏡上的壓電陶瓷，通過(guò)控制器一方面輸出調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一壓電陶瓷震蕩以判斷振動(dòng)片的形變方向，另一方面通過(guò)控制器輸出補(bǔ)償電壓驅(qū)動(dòng)第二壓電陶瓷形變以跟蹤振動(dòng)片的形變量，進(jìn)而換算出海洋背景噪聲的聲壓。本發(fā)明的海洋背景噪聲聲壓監(jiān)測(cè)裝置利用邁克爾遜干涉原理進(jìn)行光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，精度高、線性度好，在低頻信號(hào)段無(wú)衰減，具有良好的頻率響應(yīng)特性。
文檔編號(hào)G01H9/00GK102645269SQ20121015555
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者劉軍禮, 劉波, 呂成興, 周忠海, 周曉晨, 姚璞玉, 張照文, 徐娟, 惠超, 李磊, 李金萍, 牟華, 臧鶴超, 蔣慧略 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所