[发明专利]一种海洋背景噪声的声压监测装置

说明书

技术领域

本发明属于水下监测装置技术领域，具体地说，是涉及一种用于对海洋的背景噪声进行声压信号监测的装置。

背景技术

研究海洋背景噪声场的特性与模型，可以反演海洋的运动过程，了解海洋动物的行为，进而有助于进行水下目标的识别、声纳性能的评估以及水声对抗的研究。随着现代工业生产、海洋航运以及渔业的发展，海洋背景噪声的特性变得更加复杂，这也对海洋噪声的监测提出了更高的要求。

传统用于检测水下噪声的声压监测装置多以压电式、电容式、磁电式测量原理为主，存在非线性、带宽窄、尤其在低频段信号灵敏度下降快等缺点。而低频段是现代海洋背景噪声与目标识别研究领域的主要频段，因而采用现有的声压监测装置并不能很好地满足海洋背景噪声声压强度的准确监测要求。

发明内容

本发明基于激光干涉原理，提出了一种海洋背景噪声的声压监测装置，以提高对海洋背景噪声声压信号的检测精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种海洋背景噪声的声压监测装置，包括光路系统、控制系统以及为所述光路系统和控制系统提供工作电源的供电系统；在所述光路系统中包括激光器、半透射半反射的分光镜、平面反射镜、带反射面的振动片和光电接收器；所述激光器发射激光射向所述的分光镜，通过所述分光镜反射形成一路光束作为参考臂射向所述的平面反射镜，透射形成另一路光束作为测量臂射向所述振动片的反射面；所述平面反射镜对入射的光束进行反射，经由所述分光镜透射后射入所述的光电接收器；所述振动片对入射的光束进行反射，经由所述分光镜反射后射入所述的光电接收器，两束光线在光电接收器处汇合形成干涉图样；在所述控制系统中包括控制器和两个安装在所述平面反射镜上的压电陶瓷，所述控制器一方面输出周期性正弦变化的调制信号驱动第一压电陶瓷震荡，另一方面接收光电接收器根据干涉图样产生的电流输出信号，进而计算出补偿电压输出至第二压电陶瓷，通过控制第二压电陶瓷形变带动所述平面反射镜移动，以调节所述干涉图样直到恢复到初始状态；所述控制器根据输出的补偿电压计算出振动片的形变量，进而得出海洋背景噪声的声压。

所述声压监测装置的具体工作过程包括以下步骤：

a、在所述声压监测装置初始化时，首先通过对光路系统进行预调节，使所述光电接收器刚好检测到干涉图样的中心亮斑；

b、声压监测装置进入正常工作状态后，所述控制器根据其输出的调制信号波形以及光电接收器输出的电流输出信号判断振动片的振动方向，具体过程为：

若调制信号处于波峰时光电接收器输出的电流值等于调制信号处于波谷时光电接收器输出的电流值，则表示振动片未发生形变，控制器不用输出补偿电压；

若调制信号处于波峰时光电接收器输出的电流值小于调制信号处于波谷时光电接收器输出的电流值，则表示振动片向缩小测量臂的方向形变，此时控制器控制第二压电陶瓷形变，以带动平面反射镜向缩小参考臂的方向移动；

若调制信号处于波峰时光电接收器输出的电流值大于调制信号处于波谷时光电接收器输出的电流值，则表示振动片向增大测量臂的方向形变，此时控制器控制第二压电陶瓷形变，以带动平面反射镜向增大参考臂的方向移动。

其中，所述控制器在控制第二压电陶瓷形变以带动平面反射镜移动的过程中，输出补偿电压U_cmp至第二压电陶瓷，使所述光电接收器重新检测到干涉图样的中心亮斑；然后，控制器将补偿电压U_cmp代入公式                                                =·，计算出振动分量的补偿值；假设声压监测装置所处海洋深度的水压造成振动片的形变量为L，则海洋背景噪声的振幅ΔL=-L；其中，λ为激光波长；U为控制第二压电陶瓷形变幅度为时控制器需要输出的补偿电压值。

优选的，在所述控制器中包括A/D转换器、D/A转换器和CPU，所述光电接收器输出的电流信号经A/D转换器变换为数字信号后传输至所述的CPU；所述CPU通过D/A转换器输出补偿电压至第二压电陶瓷。

进一步的，将所述第一、第二压电陶瓷按照同一极化方向对接粘合在一起，安装在所述平面反射镜的背面。

又进一步的，所述光路系统、控制系统和供电系统设置于一壳体中，所述壳体的左端或者右端开口，所述振动片垂直安装于所述开口处，进而与所述壳体形成一个密闭的腔室，且振动片的反射面朝向腔室内。