專利名稱：燃料動力無人潛器的振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測水下無人潛器自身工作狀態(tài)的系統(tǒng)，具體涉及一種燃料動力無人潛器振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
采用燃料動力推進的無人潛器是水下航行器的一個重要發(fā)展方向，它工作時類似 于通氣管航行狀態(tài)下的常規(guī)潛艇，內燃機由頂端探出水面的通氣管所提供的空氣助燃工作。由于某些特殊應用領域內的水下無人潛器對自身的隱身性能有相應的要求，而且要考慮自身輻射噪聲對所搭載的聲學設備造成的干擾影響，這就需要對無人潛器水下航行時的振動與自噪聲進行記錄監(jiān)測，為無人潛器總體結構設計與優(yōu)化改進提供參考材料。此外，螺旋槳“空化”現(xiàn)象對推進系統(tǒng)的危害已經逐漸為大家所知，而由于螺旋槳槳葉達到空化臨界轉速時，其噪聲聲級會明顯的增高，因此可以利用噪聲監(jiān)測裝置對無人潛器螺旋槳工作狀態(tài)進行監(jiān)測與分析研究。水下潛器的噪聲水平是衡量其隱蔽性能的重要指標，對于采用燃料動力推進的水下潛器而言，其自噪聲通常認為主要由以下噪聲源組成水下潛器的發(fā)動機、傳動裝置等機械在運動過程中產生振動，通過底座傳遞到潛器殼體，引起殼體振動而向水介質中輻射噪聲聲波；螺旋槳在水介質中的空化噪聲、螺旋槳旋轉和槳葉振動產生的噪聲；還有流噪聲以及水流作用于潛器空腔、板和加強筋引起共振產生的水動力噪聲。因此監(jiān)測水下潛器的自噪聲與振動情況，能夠查找潛器主要噪聲源，為通過減振降噪設計提高隱身性能提供參考數(shù)據，避免對自身搭載的水聲設備造成干擾，同時還能對潛器航行時的工作狀態(tài)進行監(jiān)測。應用于水下無人潛器的振動與自噪聲監(jiān)測設備不同于其它載人潛器上采用的常規(guī)設備，若將數(shù)據記錄設備安裝于潛器儀器艙內，不便于人工進行直接操作與干預，也不便于實時觀察所測得的數(shù)據；且無人潛器內部的安裝空間有限，數(shù)據記錄設備體積與重量受到相應的限制，不便系統(tǒng)升級改進與存儲容量的擴展。
發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種燃料動力無人潛器的振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，能夠實時對無人潛器水下航行時的振動與自噪聲進行監(jiān)測記錄，以便在系統(tǒng)工作出現(xiàn)異常情況及時進行人工干預。本發(fā)明的燃料動力無人潛器振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)包括無線通信模塊、信號調理板、水聽器、水聽器適配安裝座、電源模塊、過艙電纜、三軸加速度計和多通道數(shù)據采集記錄儀。其中無線通信模塊包括通信天線、水下發(fā)射機和通信接收機。所述通信接收機和多通道數(shù)據采集記錄儀均位于岸上。其連接關系為所述通信天線安裝在水下無人潛器通氣管頂部，水下發(fā)射機安裝在水下無人潛器殼體的內表面，水下發(fā)射機通過通信天線與岸上的通信接收機通信。水聽器通過水聽器適配安裝座安裝在水下無人潛器靠近螺旋槳的尾部殼體的外表面上。三軸加速度計、信號調理板和電源模塊均安裝在水下無人潛器殼體的內表面。水聽器通過過艙電纜與信號調理板連接。三軸加速度計通過電纜與信號調理板連接，水下發(fā)射機通過電纜與信號調理板連接。通信接收機與多通道數(shù)據采集記錄儀連接。電源模塊分別與信號調理板和水下發(fā)射機連接。所述無人潛器的動力系統(tǒng)通過電源模塊為信號調理板和水下發(fā)射機供電，電源模塊由中頻發(fā)電機、整流穩(wěn)壓器以及電源濾波器構成，電源模塊中的中頻發(fā)電機與無人潛器的推進器傳動系統(tǒng)相連，利用無人潛器內燃機提供的動力轉化產生的電能為信號調理電路板與水下發(fā)射機供電。所述水聽器用于監(jiān)測無人潛器的自噪聲信號，并將接收到的自噪聲信號轉變?yōu)殡娦盘栞敵鼋o信號調理電路板。所述三軸加速度計用于監(jiān)測無人潛器在其各軸方向上的振動信號，并將測得的三 組振動信號轉變?yōu)殡娦盘栞敵鼋o信號調理電路板。所述信號調理電路板對接收到的自噪聲信號和三組振動信號分別進行阻抗匹配與放大、抗混疊濾波處理。所述水下發(fā)射機對信號調理電路板處理后的自噪聲信號和三組振動信號同時采樣，并將采集到的信號調制后通過通信天線發(fā)送給通信接收機。所述通信接收機接收通信天線發(fā)送的經水下發(fā)射機調制后的自噪聲信號和三組振動信號，并將接收到的信號解調后，輸出給多通道數(shù)據采集記錄儀。有益效果(I)考慮到燃料動力無人潛器的通氣管工作時有部分在水面以上，本發(fā)明將通信天線安裝在上面，利用無線通信設備把測量數(shù)據傳輸?shù)桨渡系挠涗浽O備。(2)本發(fā)明針對燃料動力推進的無人潛器結構特點，采用無線通信模塊將加速度計、水聽器采集到的潛器水下航行時的振動與自噪聲信號傳輸?shù)桨渡蠑?shù)據記錄設備，減小潛器內部所占用的安裝空間，達到能夠實時觀察監(jiān)測數(shù)據，提高監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據記錄容量的可擴展性，并同時達到調試方便、使用簡單的效果。
圖I為該系統(tǒng)在燃料動力水下無人潛器的安裝結構示意圖；圖2為振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)框圖。其中I-通信天線、2-無線通信模塊、3-信號調理板、4-水聽器、5-水聽器適配安裝座、6-電源模塊、7-過艙電纜、8-三軸加速度計、9-多通道數(shù)據采集記錄儀
具體實施例方式下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。本實施例提供一種應用于燃料動力無人潛器的振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測燃料動力無人潛器的振動與自噪聲數(shù)據，且調試方便、使用簡單。該系統(tǒng)的結構如圖I所示，包括無線通信模塊、信號調理板3、水聽器4、水聽器適配安裝座5、電源模塊6、過艙電纜7、以及三軸加速度計8和多通道數(shù)據采集記錄儀9。無線通信模塊包括通信天線I、水下發(fā)射機2和通信接收機。其中水下發(fā)射機2位于無人潛器殼體內，通信接收機位于岸上，水下發(fā)射機2和通信接收機之間通過通信天線I實現(xiàn)通信?？紤]到燃料動力無人潛器的通氣管工作時有部分在水面以上，將通氣管作為通信天線安裝平臺，通信天線I安裝在通氣管頂部，然后再利用無線通信設備把測量數(shù)據傳輸?shù)桨渡系挠涗浽O備。該系統(tǒng)的具體連接關系為通信天線I安裝在水下無人潛器通氣管頂部，水聽器4通過水聽器適配安裝座5安裝在水下無人潛器靠近螺旋槳的尾部殼體上，水聽器適配安裝座5 —方面對水聽器I起到固定作用，另一方面在水聽器4和潛器殼體之間裝有阻尼材料的減振器，起到隔振的作用，減小潛器殼體振動對水聽器4的影響。三軸加速度計8、信號調理板3和水下發(fā)射機2均安裝在水下無人潛器殼體的內表面上。水聽器4通過過艙電纜7與信號調理板3連接，水聽器4的輸出信號通過過艙電纜7輸入到信號調理板3。三軸加速度計8通過電纜與信號調理板3連接，三軸加速度計8將其各軸方向上測得的振動信號分別輸出給信號調理板3。信號調理板3與水下發(fā)射機2連接，信號調理板3將接收到的振 動信號進行初步處理后輸出給水下發(fā)射機2。位于岸上的通信接收機與多通道數(shù)據采集記錄儀9連接。無人潛器的動力系統(tǒng)通過電源模塊6為信號調理板3和水下發(fā)射機2供電。在本實施例中電源模塊6由中頻發(fā)電機、整流穩(wěn)壓器以及電源濾波器等構成，它與無人潛器的推進器傳動系統(tǒng)相連，利用潛器內燃機提供的動力轉化產生電能為監(jiān)測系統(tǒng)的水下部分供電。信號調理板3上的電路是由場效應管等分立元件構成的跟隨器，或者是集成運算放大器構成的電荷放大器、電壓放大器等電路結構。無線通信模塊為通用型無線數(shù)據發(fā)送接收設備，如和成系統(tǒng)有限公司(Integrated System Ltd的TEL8/16/32系列小型多通道數(shù)字通信系統(tǒng)。多通道數(shù)據采集記錄儀9為通用型數(shù)據采集記錄設備，如LTTSensorcorder系列傳感器記錄儀。該系統(tǒng)的工作過程為101 :無人潛器的燃料動力發(fā)動機工作時，監(jiān)測系統(tǒng)電源模塊內部的中頻發(fā)電機開始工作，產生交流電，再經過整流、穩(wěn)壓處理后產生直流穩(wěn)壓電源提供給信號調理電路板3與水下發(fā)射機2，使這兩部分電路能夠正常工作。102:水聽器4將接收到的噪聲信號轉變?yōu)殡娦盘栞敵鼋o信號調理電路板3，信號調理電路板3對接收到的噪聲信號進行阻抗匹配與放大、抗混疊濾波處理。同樣，三軸加速度計8將將其各軸方向上測得的無人潛器的振動信號轉變?yōu)殡娦盘栞敵鼋o信號調理電路板3，信號調理電路板3對接收到的振動信號進行阻抗匹配與放大、抗混疊濾波處理。103 :水下發(fā)射機2對經信號調理電路板3處理后的多通道信號(3組振動信號和I組噪聲信號)同時采樣，并將采集到的信號調制后通過通信天線I發(fā)送給通信接收機。104:通信接收機將接收到的信號解調后，輸入給多通道數(shù)據采集記錄儀9，多通道數(shù)據采集記錄儀9對接收到的數(shù)據進行近乎實時的觀察與分析。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，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。
權利要求
1.燃料動力無人潛器的振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括無線通信模塊、信號調理板(3)、水聽器(4)、水聽器適配安裝座(5)、電源模塊(6)、過艙電纜(7)、三軸加速度計(8)和多通道數(shù)據采集記錄儀(9);其中無線通信模塊包括通信天線(I)、水下發(fā)射機(2)和通信接收機；所述通信接收機和多通道數(shù)據采集記錄儀(9)均位于岸上； 其連接關系為所述通信天線(I)安裝在水下無人潛器通氣管頂部，水下發(fā)射機(2)安裝在水下無人潛器殼體的內表面，水下發(fā)射機(2)通過通信天線(I)與岸上的通信接收機通信；水聽器(4)通過水聽器適配安裝座(5)安裝在水下無人潛器靠近螺旋槳的尾部殼體的外表面上；三軸加速度計(8)、信號調理板(3)和電源模塊(6)均安裝在水下無人潛器殼體的內表面；水聽器(4)通過過艙電纜(7)與信號調理板(3)連接；三軸加速度計(8)通過電纜與信號調理板(3)連接，水下發(fā)射機(2)通過電纜與信號調理板(3)連接；通信接收機與多通道數(shù)據采集記錄儀(9)連接；電源模塊(6)分別與信號調理板(3)和水下發(fā)射機(2)連接； 所述無人潛器的動力系統(tǒng)通過電源模塊(6)為信號調理板(3)和水下發(fā)射機(2)供電；所述水聽器(4)用于監(jiān)測無人潛器的自噪聲信號，并將接收到的自噪聲信號轉變?yōu)殡娦盘栞敵鼋o信號調理電路板(3)； 所述三軸加速度計(8)用于監(jiān)測無人潛器在其各軸方向上的振動信號，并將測得的三組振動信號轉變?yōu)殡娦盘栞敵鼋o信號調理電路板(3)； 所述信號調理電路板(3)對接收到的自噪聲信號和三組振動信號分別進行阻抗匹配與放大、抗混疊濾波處理； 所述水下發(fā)射機(2)對信號調理電路板(3)處理后的自噪聲信號和三組振動信號同時采樣，并將采集到的信號調制后通過通信天線(I)發(fā)送給通信接收機； 所述通信接收機接收通信天線(I)發(fā)送的經水下發(fā)射機(2)調制后的自噪聲信號和三組振動信號，并將接收到的信號解調后，輸出給多通道數(shù)據采集記錄儀(9)。
2.如權利要求I所述的燃料動力無人潛器的振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊(6)由中頻發(fā)電機、整流穩(wěn)壓器以及電源濾波器構成，電源模塊(6)中的中頻發(fā)電機與無人潛器的推進器傳動系統(tǒng)相連，利用無人潛器內燃機提供的動力轉化產生的電能為信號調理電路板(3)與水下發(fā)射機(2)供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用于燃料動力無人潛器的振動與自噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由水聽器、三軸加速度計、信號調理板、電源模塊、通信天線、無線通信模塊、多通道數(shù)據采集記錄設備、以及水聽器適配安裝座、過艙電纜等構成。水聽器、加速度計所感知接收到的信號通過過艙電纜傳輸?shù)叫盘栒{理板，處理后輸入到無線通信模塊，經過無線通信模塊的傳輸，發(fā)送到多通道數(shù)據采集記錄設備。采用該系統(tǒng)能夠實時對無人潛器水下航行時的振動與自噪聲進行監(jiān)測記錄。
文檔編號G01H3/00GK102879078SQ20121036412
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權日2012年9月26日
發(fā)明者宋雯婧, 苗建明, 張鶯, 師子鋒, 劉來華 申請人:中國船舶重工集團公司第七一〇研究所