水下声系统性能检测装置的设计研究

严侃

摘 要：作为海军舰船上的重要装备，声呐设备为海底地质探测与分类的实现提供了可能，这很大程度上有赖于水下声系统的技术支持，水下声系统性能检测不仅影响着海底测绘的有效性，而且关系着声呐设备的测量准确性与可信性，因此对水下声系统性能检测尤为重要。该次研究将着重对水下声系统性能检测装置的设计进行深入分析，为相关行业提供有效的参考。

关键词：水下声系统 性能检测 装置 设计

中图分类号：TN912 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（b）-0011-02

海洋在整个地球占据着71%的面积，随着科学技术的不断发展，陆地资源几近枯竭，人类开始转向对海洋资源的有效开发[1]。近年来，水下声系统性能检测装置在海底探测中得到了广泛应用，其不仅携带方便，而且灵活性高，水下声系统性能检测装置的设计研究有着重要的实践意义与应用价值。

1 水下声系统性能检测装置设计

水下声系统性能检测装置主要是针对目前水下声系统单元数目庞大而设计的一种能够实现性能检测的装置。通常，水下声系统单元工作受环境的限制，难以采用绝缘电阻方式实现对单元性能的检测。其次水下单元复杂多样，单纯地依赖每路检测容易引起插头接触不良或插件损坏，而在水下声系统性能检测装置下，能够确保声呐处于最佳工作状态。该检测装置设计精巧、结构合理，不仅操作便利，而且具有较高的稳定性能。该装置采用的是单片机技术，能够实现自动化显示与键盘操作，且在低导通电阻模拟开关芯片以及模数转换器件的支持下，水下声系统的小信号分贝转换得以顺利实现。水下声系统性能检测装置能够同时实现声呐水下阵元噪声测试与响应检测等。

2 水下声系统性能检测装置的设计需求

2.1 检测装置的工作内容

检测装置的设计主要取决于其需要完成的各项工作内容，该装置不仅要能够实现对各个接收单元噪声电平以及前放直流漂移的测试与检查，而且要能够为响应检查、接收单元听音检查提供支持。

2.2 软件需求

该检测装置对软件功能有着较高的需求，不仅要满足键盘控制的需要，而且要协助实现显示信息的转化与输出。首先要确认被按下的按键，可以对接口电路进行全面的观察，采用软件循环检测的方式对键盘的运行状态进行检测。若检测结果显示存在按键被按下，那么相应的单元数子程序与输出控制码子程序需要进行调用，最终实现对单元选择、显示的有效控制。

2.3 其他需求

首先，在电源选择方面以+5 V与15 V电源供电为宜，需要注意的是电路板环境要严格按照试验大纲进行相应布置，电路板的尺寸要能够符合该检测装置的内部尺寸需要。

2.4 系统可靠性

该水下声系统性能测试系统对技术条件有着较高的要求，且需要极高的可靠性，在对电路板及机箱进行设计的过程中，要尽量确保机械部分与电路部分的可靠性。首先实施功能模块设计，可以通过功能模块化确保装配、测试以及维修等功能的实现，同时为调式、组装提供便利。其次要对系统进行简化设计，力求各个模块电路连接等达到最简，以满足复杂条件下的检测需求[2]，采用经过试验认证的可靠技术标准，增强系统的可靠性。除此之外还要进行电磁兼容性与减额设计，避免其他设备运行产生的干扰。

3 方案设计

3.1 电路检测

电路检测主要包括两个方面。首先检测电路1板电路主要采用的是模拟信号多路转换器，其能够促进各个水听器信号的有效切换。其次在集成滤波块的支持下，切换后信号的滤波处理也能够得到相应的保障。检测电路2板电路则主要提供的是左舷8水听器信号的切换，采用模数转换器实现对右舷切换后水听器信号的有效处理。水下声系统性能测试装置原理见图1。

3.2 控制电路检测

控制电路检测主要由控制电路与键盘控制显示面板两部分组成，其主要是对左右舷所有水听器信号的有效切换与控制，该功能能够将水听器的具体舷位、分贝值等信息呈现于控制面板上。

3.3 功率放大电路

通常，进行切换选择后，需要对水听器信号进行相应地音频功率放大，并实施听音检测，一般可采用该检测装置自带的扬声器进行收听，当然也可以通过外线耳机进行监听。

4 电路实现及调试

4.1 检测控制电路设计

随着现代科学技术的不断发展以及水下声基阵单元的增加，传统的声呐控制电路已经不能够满足单元选择控制以及换能器检查的需要，开始选择单片机作为检测控制电路的重要设备。首先可采用操作键盘对各路基阵单元进行选择，实现键盘信息向控制编码以及单元数的转变，并将其传送到单元选择数码管系统以及检测电路中。声呐包含了多个换能器单元，有左、右舷之分，通常可设计两组或两组以上按键，以实现更为快捷的选择换能器单元。若右舷键被按下，那么左舷键将会保持原有状态，若左舷键被按下，那么右舷键则会得到释放，其能够促进每路换能器单元选择的实现。

4.2 检测电路设计

检测电路设计主要是为了实现对水下单元电信号的过滤、放大以及转换等相关处理。该次实验研究所采用的软件为Protel 99SE软件，在该软件的支持下，自动布线以及手工布线制板能够顺利得以实现，且该系统设计充分考虑了数字电路与模拟电路的相关处理问题，干扰较小，其电路部分已经基本上实现了软件仿真。

4.3 功率放大电路

水下声系统性能检测装置设计采用了音频放大器件，能够将水下声系统信号进行放大处理，在该环境条件下，检测人员只需接入外接耳机或通过扬声器便能够实施监听。该系统选取的音频功率放大芯片为LM388，单电源+15V供电，为了便于与电路功率的调整，电路设计选取的是20dB，并适当预留增益，能够对焊接柱进行调节。

5 结语

近年来，我国的海洋测绘技术取得了卓有成效的发展，在现代卫星、通信以及计算机等技术的支持下，海洋的开发与利用已经得以实现，为社会生产与人类生活提供了丰富的资源。而水下声系统作为声呐设备的重要组成，其性能状态直接关系着声呐设备的运行稳定性与可靠性，因此必须设计出水下声系统性能检测装置，实现对水下声系统性能的有效测试，提升其实用性与便捷性，发挥其在海底探测中的作用，为现代生产提供必要的技术支持。

参考文献

[1] 苟艳妮，王英民，王奇.实测新型水下小尺寸扩展式基阵声探测系统定向性能研究[J].西北工业大学学报，2015，21（3）： 426-431.

[2] 綦声波，刘群，王圣南.水下方位/CTD数据记录仪硬件在环测试系统研究[J].机电工程，2016，33（6）：142-143.