基于iTrack-UB系列超短基线水声定位系统的应答器技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于iTrack-UB系列超短基线水声定位系统的应答器，包括壳体、换能器、信号处理电路板以及为信号处理电路板提供电源的供电电池，所述换能器由PZT压电陶瓷圆管为换能材料进行制作，换能器安装在应答器的顶部位置，其通过电缆线与信号处理电路板连接，所述信号处理电路板固定在应答器壳体的电子仓内，电子仓底部为安装供电电池的电池仓。本实用新型专利技术中换能材料采用压电陶瓷，并在换能器制作的软件仿真流程和加工工艺上作出了相应改进，保证了耐静水压力和性能可靠性，使换能器能够在水下1000m以下稳定工作；满足iTrack-UB系列超短基线水声定位系统对发送电压响应、接收灵敏度以及指向性的性能指标。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于水声测量
，涉及一种水声应答器，具体指一种能够满足iTrack-UB系列超短基线水声定位系统要求的应答器装置。
技术介绍
超短基线iTrack-UB系列水声定位系统，利用水声通信和水声定位技术可以广泛运用于海洋勘探、海洋开发和军事等领域。应答器是超短基线水声定位系统的水下应答部件，应答器由水声换能器部分和信号处理硬件电路部分组成。换能器的性能指标直接影响定位系统功能的实现，对定位系统的测向、测距精度均有直接性影响。因此现有技术对换能器提出了新的要求，要求其在不同水文测试环境下均具有稳定性能。而现有换能器技术的缺陷和不足主要体现在以下几个方面：a)换能器是配合超短基线定位系统的声头换能器使用，换能器采用收发合置的工作机制，工作在发射模式时是用18～22kHz的频率段发送声波，工作在接收模式时是用22～26kHz的频率段接收声波。这就要求换能器工作在发射模式时具有较高的发送电压响应，工作在接收模式时具备较高且起伏小于1dB的接收灵敏度。上述要求对换能器在设计上和制作工艺上有一定难度，如设计不当，很可能呈现出发送电压响应不高，且接收灵敏度起伏较大，不能同时兼顾换能器的发射和接收模式的性能要求。b)要求换能器发射电压响应和接收灵敏度在水平方向呈现无指向性，在垂直方向呈现90°的开角。而由静水压力对换能器自身发射电压响应和接收灵敏度的影响，换能器随着布放深度的不同，对换能器的发射电压响应和接收灵敏度在垂直方向指向性呈现开角变化的趋势，因此其在垂直方向上可能不能满足90°开角，水平方向上呈现起伏增大的情况，从而降低了换能器的性能，对于应答器的接收和发射信号造成影响；c)换能器的应用场合，例如满足深水的探测，要求换能器及其壳体能够具有优异的耐深水压力，现能满足在1000m稳定工作。而要在更深水深应用，就对换能器在加工制作及材料应用上有更高的要求。
技术实现思路
针对上述技术问题，本技术提供了基于iTrack-UB系列超短基线水声定位系统的应答器，换能材料采用压电陶瓷，并在换能器制作的软件仿真流程和加工工艺上作出了相应改进，保证了耐静水压力和性能可靠性，使换能器能够在水下1000m以下稳定工作；满足iTrack-UB系列超短基线水声定位系统对发送电压响应、接收灵敏度以及指向性的性能指标。本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于iTrack-UB系列超短基线水声定位系统的应答器，包括壳体、换能器、信号处理电路板以及为信号处理电路板提供电源的供电电池，其特征在于：所述换能器由PZT压电陶瓷圆管为换能材料制作，换能器安装在应答器壳体的顶部位置，其通过电缆线与信号处理电路板连接，所述信号处理电路板固定在应答器壳体的电子仓内，电子仓底部为安装供电电池的电池仓。作为本案的优化方案，所述应答器壳体的后盖底部设有入水检测电路，入水检测电路通过电缆线与信号处理电路板连接。作为本案的优化方案，所述换能器和应答器壳体采用可拆卸式结构，便于安装。作为本案的优化方案，所述壳体内设有纵向支撑的装配支架，装配支架与壳体上、下端盖的连接处设有绝缘衬垫，通过装配支架和绝缘衬垫保持壳体上、下端盖间的相对固定。作为本案的优化方案，所述信号处理电路板通过固定支架安装在电子仓内。作为本案的优化方案，所述换能器外部灌注聚氨酯形成透声层。作为本案的优化方案，所述换能器和电子仓通过O形圈静密封来保证水密性。本技术的有益效果是：1、换能器在制作阶段考虑到具体水下测试环境，换能材料采用压电陶瓷，并在换能器制作的软件仿真流程和加工工艺上仔细斟酌，保证了耐静水压力和性能可靠性，使换能器能够在水下1000m以下稳定工作；2、应答器壳体及各部件水密性能良好，换能器和应答器主体采用可拆卸式设计，使得换能器和应答器主体结构同时能够承受深水压力，可拆卸式设计为今后更换换能器和硬件电路提供了便利；3、本技术的换能器工作在发射频率段18～22kHz时，带内发射电压响应达到在133dB～136dB，起伏小于3dB；工作在接收频率段22～26kHz时，带内接收灵敏度在-194～-197dB；换能器的水平方向无方向性，在垂直方向上有-6dB起伏，满足开角需求；因此本应答器满足iTrack-UB系列超短基线水声定位系统对发送电压响应、接收灵敏度以及指向性的性能指标。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为ANSYS有限元软件仿真流程图；图3为换能器的加工工艺流程图；图中：1-壳体，2-换能器，3-信号处理电路板，4-供电电池，5-电子仓，6-电池仓，7-入水检测电路，8-装配支架，9-绝缘衬垫，10-上端盖，11-下端盖，12-固定支架。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本技术及其效果作进一步阐述。(3.1)机械机构设计如图1所示，基于iTrack-UB系列超短基线水声定位系统的应答器，包括壳体1、信号收发合置一体的换能器2、信号处理电路板3以及为信号处理电路板3提供电源的供电电池4，换能器2安装在应答器壳体1的顶部位置，由PZT压电陶瓷圆管为换能材料进行制作，通过以压电陶瓷为换能材料，增强换能器的内部了刚性，提高了其结构的可靠性，使得换能器具有高耐静水压力的性能。换能器2外部灌注聚氨酯形成透声层，聚氨酯透声层的添加能够保证换能器的水密性，能在水下长时间工作，且不会影响换能器的绝缘性；同时聚氨酯的阻抗匹配和水接近，对声波的衰减很小，有利于声波在水中的传播。换能器2和应答器壳体1采用可拆卸式的分立式结构安装，为今后更换换能器和硬件电路提供了便利；因可拆卸式结构的结构稳定性较差，因此，本案中在壳体1内设有纵向支撑的装配支架8，装配支架8与壳体上、下端盖10、11的连接处设有绝缘衬垫9，通过装配支架8和绝缘衬垫9保持壳体上、下端盖10、11间的相对固定，保证了整体结构的稳固性。换能器2通过电缆线与信号处理电路板3连接，信号处理电路板3通过固定支架12安装在电子仓5内，电子仓5底部为安装供电电池4的电池仓6。因应答器要在1000米以下的海底保持正常工作，因此应答器壳体以及壳体内的各部件要有良好的水密性能，电子仓5的主要特点是水密封性良好，与信号处理电路板3易拆卸易安装易充电的特点；电池仓6主要用于固定和安装供电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于iTrack‑UB系列超短基线水声定位系统的应答器，包括壳体、换能器、信号处理电路板以及为信号处理电路板提供电源的供电电池，其特征在于：所述换能器（2）由PZT压电陶瓷圆管为换能材料制作，换能器（2）安装在应答器壳体（1）的顶部位置，其通过电缆线与信号处理电路板（3）连接，所述信号处理电路板（3）固定在应答器壳体（1）的电子仓（5）内，电子仓（5）底部为安装供电电池（4）的电池仓（6）。

【技术特征摘要】
1.一种基于iTrack-UB系列超短基线水声定位系统的应答器，包括壳体、换能器、信号处理电路板以及为信号处理电路板提供电源的供电电池，其特征在于：所述换能器（2）由PZT压电陶瓷圆管为换能材料制作，换能器（2）安装在应答器壳体（1）的顶部位置，其通过电缆线与信号处理电路板（3）连接，所述信号处理电路板（3）固定在应答器壳体（1）的电子仓（5）内，电子仓（5）底部为安装供电电池（4）的电池仓（6）。
2.根据权利要求1所述的基于iTrack-UB系列超短基线水声定位系统的应答器，其特征在于：所述应答器壳体（1）的后盖底部设有入水检测电路（7），入水检测电路（7）通过电缆线与信号处理电路板（3）连接。
3.根据权利要求1所述的基于iTrack-UB系列超短基线水声定位系统的应答器，其特征在于：所述换能器（2）和应答器壳体（1）采用可拆卸式结构，便于安装。
4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘运，张玲丽，罗宇，张金海，
申请(专利权)人：江苏中海达海洋信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32