[实用新型]一种仿生声纳头

说明书

技术领域

本发明属于传感器应用领域，特别是一种仿生声纳头。

背景技术

当前以超声换能器为基础的声纳系统已广泛使用在的测距及移动机器人避障领域。典型超声测距系统是一般基于渡越时间检测法，由超声换能器、换能器驱动电路及数据采集系统组成，其前端电路用于发射波形为方波的超声波。

声纳头作为生物声纳系统的前端装置，需要有较好的高频性能和较宽的工作频域，同时也需要具备较高的灵敏度和快速响应能力。生物声纳技术是研究具有自然声纳的生物(蝙蝠、海豚等)的声纳系统，发射的声纳信号为仿生声纳信号(如仿蝙蝠的调频调幅波见图5)，当前常用的发射方波的超声换能器应用电路不能够满足生物声纳技术的研究。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种仿生生物声纳专用的仿生声纳头。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种仿生声纳头，包括声纳信号发射单元和回波接收单元，所述声纳信号发射单元包括发射端静电式超声换能器和发射端信号调理电路，发射端信号调理电路将声纳信号源产生的仿生声纳信号传输给发射端静电式超声换能器，并由其发送出去；所述回波接收单元为双通道，包括两组相同的接收端静电式超声换能器和接收端信号调理电路，接收端静电式超声换能器接收回波并传输给接收端信号调理电路，该电路对信号放大滤波后传输给信号采集系统。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的仿生声纳头可发射包括仿生生物声纳系统采用的仿生声纳信号在内的多种波形的超声波信号，具有较好的高频性能和较宽的工作频域；2)采用仿生单嘴双耳构型，保留了自然声纳的双耳差辨特征和头部遮挡效应；3)调理放大电路简单可靠，信噪比高；4)声纳信号发射端发射的空气声纳信号强度大，数十米范围内可产生有效回波；5)回波接收端静电式传声波传感器上所加直流偏置大，回波接收端超声换能器灵敏度高，能够接收微弱回波信号。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为发射端信号调理电路原理图。

图3为接收端信号调理电路原理图。

图4为耳廓造型示例图，其中(a)为接收端换能器，(b)为发射端换能器。

图5为仿蝙蝠声纳信号的调频调幅波。

具体实施方式

本发明涉及一种新型生物声纳仿生声纳头，通过一个发射端和两个接收端来发射与接收仿生声纳信号，模拟自然声纳的嘴巴与双耳功能，涉及专用低噪音发射端信号调理电路和接收端信号调理电路。

结合图1，一种仿生声纳头，包括声纳信号发射单元和回波接收单元，所述声纳信号发射单元包括发射端静电式超声换能器和发射端信号调理电路，发射端信号调理电路将声纳信号源产生的仿生声纳信号传输给发射端静电式超声换能器，并由其发送出去；所述回波接收单元为双通道，包括两组相同的接收端静电式超声换能器和接收端信号调理电路，接收端静电式超声换能器接收回波并传输给接收端信号调理电路，该电路对信号放大滤波后传输给信号采集系统。

结合图2，所述发射端信号调理电路包括依次连接的电压跟随器I、第一级放大器II、第二级放大器及直流偏置电路III，第一级放大器II对电压跟随器I传输的信号放大后传输给第二级放大器及直流偏置电路III，第二级放大器及直流偏置电路III对信号进行处理后输出；

所述电压跟随器I包括电位器P1、第一运放U1，电位器P1的一端与声纳信号源T_Vin连接，电位器P1的另一端接地，电位器P1的中心抽头与第一运放U1的正极输入端相连接，第一运放U1的负极输入端与第一运放U1的输出端相连；

第一级放大器II包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二运放U2，第二运放U2的正极输入端与第一运放U1的输出端相连接，第二运放U2的负极输入端通过第二电阻R2接地，该负极输入端还通过第一电阻R1与第二运放U2的输出端相连；

第二级放大器及直流偏置电路III包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三运放U3、发射端直流负压源T_DC、可变电阻RS、第五电阻R5，第三电阻R3的一端与第二运放U2的输出端相连接，第三电阻R3的另一端通过第五电阻R5与可变电阻RS的一端相连接，可变电阻RS的另一端与发射端直流负压源T_DC相连接，第三运放U3的负极输入端通过第四电阻R4与第三运放U3的输出端相连接，第三运放U3的正极输入端接地，第三运放U3的输出端即为发射端信号调理电路的输出端T_Vout。第三运放U3采用芯片PA88。