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专利名称：一种用于多普勒声纳测试的声学对接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及多普勒声纳测试的技术领域，尤其涉及一种用于多普勒声纳测试的对接装置。
背景技术：
多普勒声纳是利用多普勒 效应进行测速的声纳设备。常规阵多普勒声纳通常由一个发射机生成发射信号通过换能器向多个波束方向发射，使用多个通道分别接收回声，通过解算各通道回波信号中的多普勒频移获得多普勒声纳对水底或水层的相对速度达到测速目的。现已广泛应用于流速测量、导航等领域。由于多普勒声纳的正常工作环境是在水中，因此通常情况下，需要通过航行实验中多普勒声纳与差分GPS数据比对的方法来对多普勒声纳的主要功能和性能进行考核。这种验证考核方法成本高，时间长，且易受海况、海深等外界环境因素的影响。而实验室中的测试主要是电子组件的测试，无法对整个多普勒声纳的工作性能进行判断。通过耦合的方法，将声波转化为电信号进行处理的技术在医疗等领域有很多成熟的应用案例，借鉴耦合对接的方法，可以将多普勒声纳发射的声波转化为电信号进行处理，经过适当的信号处理后，再发送模拟回波信号，通过换能器转化为声波实现多普勒声纳发射声波的声传播仿真，借此来检验声纳工作性能。2009年中国人民解放军海军工程大学的苑秉成等人提出了通过声纳测试系统的对接机构设计保证可靠声耦合的方法如下:(1)中国专利，CN101458331A，
公开日2009年6月17日，苑秉成、陈喜、黄熊飞，一种多普勒声纳测试的声对接装置。上述方法的声对接装置在多普勒声纳每个换能器表面分别对接有一个发射换能器，其中一个换能器表面与一个发射换能器和一个接收换能器共同对接，通过耦合材料的选择和装置结构设计实现声耦合，用来完成多普勒声纳工作性能测试。现有技术中，存在以下几个方面主要缺陷，一是使用一个接收换能器采集多普勒声纳某一个通道的发射信号，无法反映多普勒声纳所有发射通道的情况；二是结构上只能针对一种外形尺寸的多普勒换能器；三是多普勒的换能器耦合面的压紧力影响声学传导系数，原有结构不能度量压紧力大小，无法保证压紧后声学传导的一致性。

发明内容
本发明的目的是提供一种能够克服上述缺陷的用于多普勒声纳测试的声学对接装置。本发明提供了一种用于多普勒声纳测试的声学对接装置，包括:支撑结构，用于支撑多普勒声纳；多个滑轨，其连接到所述支撑结构并且两两对称；与所述多个滑轨一一对应的多个对接结构，每个对接结构的一端安装有收发换能器，用于与多普勒声纳的换能器进行对接，每个对接结构的另一端被固定在滑块上，所述滑块可以在对应的滑轨上滑动和固定，每个对接结构与所述滑轨之间的角度是可调节的。
优选地，所述支撑结构的高度是可调整的。优选地，所述支撑结构包括:电子机舱，所述电子机舱内有前置处理电路，所述收发换能器与所述前置处理电路电连接以传送电信号。优选地，所述电子机舱上具有与所述前置处理电路电连接的调试接口和/或工作接口，所述调试接口用于对所述前置处理电路进行调试，所述工作接口用于将经过所述前置处理电路处理的信号传递出去或者从外界接收信号。优选地，所述装置还包括:外圈，所述多个滑轨中的每个滑轨的一端被固定到所述电子机舱上，另一端被固定到所述外圈上。优选地，所述对接结构还包括:换能器外壳、换能器底座，所述收发换能器被安装于所述换能器外壳内，所述换能器外壳以易拆卸的方式固定在所述换能器底座上。优选地，所述对接结构还包括:俯仰连杆和滑动座，所述俯仰连杆的一端以易拆卸的方式固定到所述换能器底座上，另一端以可转动的方式固定在所述滑动座上，所述滑动座固定在所述滑块上。优选地，所述对接结构还包括:弹簧，所述弹簧环绕在所述俯仰连杆上，所述弹簧通过其一端与所述换能器底座相连接将其张力传递给所述收发换能器。优选地，所述支撑结构还包括:压力传感器，用于测试所述收发换能器与所述多普勒声纳的换能器之间的压力。优选地，所述滑轨与所述滑块之间的固定是采用紧定螺钉、或丝杠滑轨、或齿轮齿条的形式实现的。本发明通过采用滑轨结构和对接结构，实现了对各种尺寸和开交角度的多普勒声纳的统一测量；通过弹簧压紧对接换能器，实现了换能器阵面压力一致，保证了各通道声学传导的一致性；通过将前置处理电路封装在中心电子机舱内，降低了传输问题造成的不准确。本发明的特点是:(I)实现了多种频率多普勒声纳声传播环境仿真(2)基于本装置实现了多种频率多普勒声纳的性能测试(3)对接阵换能器可独立调整耦合对接的位置、角度和预紧力，并可通过压力传感器反馈结果进行预紧力的控制，保证声学耦合效率(4)使用方便，检测效率高。本发明的创新点在于:1.采用滑轨结构调整换能器阵面径向尺寸调节，实现对各种尺寸的ADCP的统一测量；2.采用机械手臂实现换能器面倾角调整功能，对多种开角角度的ADCP实现统一测量；3.采用中柱砥柱实现对ADCP主机的支撑，并使用弹簧压紧ADCP换能器阵面与对接阵阵面，实现换能器阵面压紧力一致的要求；4.将前置处理电路封装在中心电子机舱内，使弱信号传输距离有效缩短，降低因传输问题造成的测量不准确因素。本发明应用易用性好，操作简单，外观简洁，通用性能好，有效的解决了多普勒声内陆上统一检测的问题。


图1是根据本发明实施例的声学对接装置的三维图；图2是根据本发明实施例的声学对接装置的支撑结构的剖面图；以及图3是根据本发明实施例的声学对接装置的对接结构的剖面图4是根据本发明的声学对接装置的使用示意图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。本发明提供了一种可适用于多种频率多普勒声纳测试的对接装置，包括可独立更换的对接换能器单元组件、安装信号调理电路板的电子机舱、通过机械手臂在四个平面正交方向上的滑轨导引调节对接换能器单元、中柱支撑结构。图1是根据本发明实施例的声学对接装置的三维图。对接阵换能器单元组件安装在机械手臂前端，通过同轴电缆接入电子机舱的换能器基元插座上。如图所示，对接换能器单元组件包括收发换能器单元22、换能器底座20、收发换能器单元包括换能器外壳与其内部的换能器。换能器底座与换能器外壳可以拆卸，方便更换不同的对接阵换能器单元组件。电子机舱I内容纳了对接装置信号调理电路/前置处理电路，负责对多普勒声纳换能器的发射信号进行采集以及将模拟回波数据返回给多普勒声纳换能器。电子机舱上还具有测试接口 6和工作接口 11，分别用于对前置处理电路进行调试以及将其处理结果通过电缆传送到后续的处理终端。机械手臂固定在滑块14上，滑轨3与滑块可以采用燕尾槽的形式以便相对滑动。通过调整机械手臂沿滑轨方向的距离，并且通过滑块上的紧定螺钉将滑块14的位置固定在滑轨3上，适用于完成不同径向尺寸的多普勒声纳，例如，声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers, ADCP)阵面对接。机械手臂的滑动座15与俯仰连杆16之间通过俯仰销钉18连接，例如采用防松俯仰销钉。俯仰连杆16可以绕俯仰销钉任意旋转，完成俯仰运动；进而调整换能器面角度，保证换能器阵元可对接各个倾斜角度的ADCP,优选地，倾斜角度在45°到10°的范围内。俯仰销轴18可以锁紧，使俯仰连杆16的俯仰角度锁定。俯仰连杆16与换能器底座20之间可以相对滑动，通过弹簧结构23压紧换能器面，保证在一定压紧行程内换能器面之间的压紧力保持在合适范围。另外，在弹簧结构上安装有压力传感器，可以实时检测各个换能器面对接的压力值，以便于量化和调整，保证压紧后各通道声学传导的一致性。通过调节滑块14在滑轨3上的锁紧位置，从而调整机械手臂的径向距离，以对接不同尺寸的ADCP。在本实例中，采用紧定螺钉锁紧滑轨与滑块，还可替换为丝杠滑轨机构或者齿轮齿条等其他固定形式。滑轨3的一端被固定在电子机舱上，另一端被固定在外圈4上。中柱支撑结构28被固定在电子机舱上，用于对支持多普勒声纳进行支撑，承担多普勒声纳的重力，以免损坏多普勒声纳和对接装置的换能器单元。图2是根据本发明实施例的声学对接装置的支撑结构的剖面图。支撑结构提供对ADCP主机的支撑，并且还具有高度调节的功能，能够使各型号ADCP的阵元面的位置在合适位置。通过中柱砥柱26和外六角矩形牙螺母27之间的矩形螺纹传递支撑力。中柱砥柱26与中柱支撑柱28之间通过中间的方行孔与方形柱配合以防止中柱支撑柱转动。在本实例中，采用梯形螺纹作为主要承载和高度调节，然而也可以采用其他结构来进行主要承载和高度调节。
图3是根据本发明实施例的声学对接装置的对接结构的剖面图。俯仰连杆16在俯仰销轴18上旋转，带动换能器单元转动，实现了换能器面角度的调节。俯仰销轴18可以锁定，从而在调整好换能器指向后锁定角度，方便多次测量准确，针对目前国内主流的30°倾角的ADCP与20°倾角的ADCP可方便变更使用。俯仰连杆16上的弹簧23可使换能器面对接的压紧力在一定压紧行程内保持一致，提高测量的一致性和有效性。机械手臂15的滑动座固定在滑块14上。换能器22处于换能器外壳12之内，换能器底座20内部具有通孔，通孔内镶嵌有俯仰挡板19，俯仰挡板19通过十字槽沉头螺钉与俯仰连杆16固定在一起。换能器外壳与换能器底座之间通过六角螺栓25连接固定。通过上述连接关系，可以容易地拆卸换能器外壳21和换能器底座20，并针对不同的多普勒声纳更换合适的换能器、换能器外壳和换能器底座。应当理解，本发明的声学对接装置的对接结构不限于4个，而是可以根据多普勒声纳的实际情况扩展或减少，从而实现各种情况下的声学对接。图4是根据本发明的声学对接装置的使用示意图。如图4所示，左边的示意图是对接300kHz的ADCP，右边与150kHz的ADCP。应当理解，本发明的声学对接装置同样也适用于其他类型的多普勒声纳。根据本发明的声学对接装置在使用时，将多普勒声纳平置于中柱支撑结构的平面上，并将其工作面对准中柱支撑结构的表面。通过调节机械手臂，可以调整换能器表面的倾角，使换能器阵面与ADCP换能器阵面实现对接，然后固定滑块在滑轨上的位置。进一步，通过弹簧装置上的压力传感器，实时监测各个换能器面对接的压力，从而可以例如通过对滑块位置进行调整对接压力，可以保证压紧后各通道声学传导的一致性。对于不同的尺寸的ADCP的测量，可以通过拆卸和更换换能器外壳和底座，并且更换内部的换能器，即可实现对各种尺寸以及多种频率的多普勒声纳的测量。前置处理电路被封转在中心电子机舱内，使得弱信号的传输距离有效缩短，降低了因传输问题造成的测量不准确等因素。在多普勒声纳与根据本发明的声学对接装置对接完成之后，多普勒声纳发射的声信号通过对接换能器转换为电信号并传入前置处理电路，前置处理电路完成信号采集等前置处理后将信号通过电子机舱上的工作接口用电缆传送给处理终端。处理终端将处理后的电信号通过电缆传回前置处理电路，并通过对接装置的换能器将其转换为声信号并耦合到多普勒声纳的换能器上。多普勒声纳接收声信号并进行处理，从而判断出多普勒声纳的性能状态，实现了多普勒声纳的陆上测试。专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于多普勒声纳测试的声学对接装置，包括:支撑结构，用于支撑多普勒声纳；多个滑轨，其连接到所述支撑结构并且两两对称；与所述多个滑轨一一对应的多个对接结构，每个对接结构的一端安装有收发换能器，用于与多普勒声纳的换能器进行对接，每个对接结构的另一端被固定在滑块上，所述滑块可以在对应的滑轨上滑动和固定，每个对接结构与所述滑轨之间的角度是可调节的。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述支撑结构的高度是可调整的。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述支撑结构包括:电子机舱，所述电子机舱内有前置处理电路，所述收发换能器与所述前置处理电路电连接以传送电信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述电子机舱上具有与所述前置处理电路电连接的调试接口和/或工作接口，所述调试接口用于对所述前置处理电路进行调试，所述工作接口用于将经过所述前置处理电路处理的信号传递出去或者从外界接收信号。
5.根据权利要求3所述的装置，还包括:外圈，所述多个滑轨中的每个滑轨的一端被固定到所述电子机舱上，另一端被固定到所述外圈上。
6.根据权利要求1所述的装置，所述对接结构还包括:换能器外壳、换能器底座，所述收发换能器被安装于所述换能器外壳内，所述换能器外壳以易拆卸的方式固定在所述换能器底座上。
7.根据权利要求1所述的装置，所述对接结构还包括:俯仰连杆和滑动座，所述俯仰连杆的一端以易拆卸的方式固定到所述换能器底座上，另一端以可转动的方式固定在所述滑动座上，所述滑动座固定在所述滑块上。
8.根据权利要求7所述的装置，所述对接结构还包括:弹簧，所述弹簧环绕在所述俯仰连杆上，所述弹簧通过其一端与所述换能器底座相连接将其张力传递给所述收发换能器。
9.根据权利要求 1所述的装置，其中，所述支撑结构还包括:压力传感器，用于测试所述收发换能器与所述多普勒声纳的换能器之间的压力。
10.根据权利要求1所述的滑轨，其中，所述滑轨与所述滑块之间的固定是采用紧定螺钉、或丝杠滑轨、或齿轮齿条的形式实现的。
全文摘要
本发明涉及一种用于多普勒声纳测试的声学对接装置，包括支撑结构，用于支撑多普勒声纳；多个滑轨，其连接到所述支撑结构并且两两对称；与所述多个滑轨一一对应的多个对接结构，每个对接结构的一端安装有收发换能器，用于与多普勒声纳的换能器进行对接，每个对接结构的另一端被固定在滑块上，所述滑块可以在对应的滑轨上滑动和固定，每个对接结构与所述滑轨之间的角度是可调节的。本发明通过采用滑轨结构和对接结构，实现了对各种尺寸和开交角度的多普勒声纳的统一测量；通过弹簧压紧对接换能器，实现了换能器阵面压力一致，保证了各通道声学传导的一致性；通过将前置处理电路封装在中心电子机舱内，降低了传输问题造成的不准确。
文档编号G01S7/52GK103217680SQ201310084990
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者孙兴涛, 马龙, 邓锴, 张向军 申请人:中国科学院声学研究所