CN109541253A - 一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器，包括集成传感器头、杆体、端盖、安装板、吊环螺钉、电连接器，所述集成传感器头包括电磁传感器和声学换能器，电磁传感器端面布置两对电极，采用法拉第电磁感应原理实现测速，两对电极同时感测舰船纵向、横向方向的速度，声学换能器采用JANUS布置方式，同时向海底发射声波，根据多普勒效应原理，也可同时感测舰船纵向、横向方向的速度。通过对两种不同原理的传感器进行集成，可做到测速功能的允余备份，在船底相同开孔尺寸下，与单个传感器相比，集成测速传感器功能更全面，实用性更高。

Description

一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器

技术领域

本发明涉及一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器。

背景技术

计程仪从原理上一般分为水压式计程仪，电磁计程仪，多普勒计程仪等，从实用角度分析各有优缺点。水压式计程仪高速较为稳定，但低速精度差；电磁计程仪可靠性强，但易受海生物影响；多普勒计程仪精度高，但易受船底气泡影响。目前舰船一般配置两种或以上原理的计程仪，而传感器作为计程仪的重要部件必须与海水接触，这使得船底开孔数量增加，舰船安全性降低。电磁计程仪使用的是电磁传感器，多普勒计程仪使用的是声学换能器，如将电磁传感器和声学换能器进行集成化设计，可减少船底开孔数量，降低维护成本，充分发挥两种传感器的优势，实现冗余设计。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器，在船底安装有集成测速传感器的计程仪可使其同时具备电磁测速和声学测速能力，集成测速传感器中电磁传感器部件工作时利用法拉第电磁感应定律感测舰船相对海水的速度信号，声学换能器部件工作时利用声波的多普勒效应原理进行速度解算。安装有集成测速传感器的计程仪可充分发挥电磁测速全天候工作、环境适应性强，声学测速精度高、方差小的特点。从而实现测速功能的冗余备份。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器，包括集成传感器头、杆体、端盖、安装板、吊环螺钉、电连接器，所述集成传感器头包括声学换能器、螺钉、电磁传感器，声学换能器与电磁传感器之间通过螺钉固定；所述声学换能器包括壳体、吸声橡胶、陶瓷片；所述电磁传感器包括压盖、底座、励磁线圈组件、电极、电极板，电极板上装有两对电极，两对电极采用垂直对称布置；所述励磁线圈组件包括内线圈、铁芯、外线圈；所述集成传感器头与安装板之间设有杆体。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

本装置中电磁传感器部件和声学换能器部件都可同时测取纵、横向两个方向相对海水的速度，两者可同时工作，也可独立工作，互不影响，方便实现电磁、声学测速的无缝切换。充分发挥电磁测速和声学测速的优点，电磁测速可全海域工作，皮实可靠，声学测速精度高，方差小。集成测速传感器提供两种不同原理的速度信息，方便用户择源。在安装上，可减少舰船开孔数量，方便维护。在结构上，电磁传感器端面布置两对电极，声学换能器采用JUANS布阵方式对称布置4个独立的声学基阵。声学换能器根据所选工作频率和后端解算方式也可提供一定深度范围的两维对地速度。在生产装配上，电磁传感器和声学换能器独立灌封，成型后即可组装，从提高成品率和维修性。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本装置结构示意剖视图；

图2为本装置结构示意主视图；

图3为本装置中集成传感器头结构示意剖视图；

图4为本装置中集成传感器头结构示意侧视图；

图5为本装置中声学换能器结构示意剖视图；

图6为本装置中电磁传感器结构示意剖视图；

图7为本装置中电磁传感器结构示意侧视图；

图8为本装置中励磁线圈组件结构示意剖视图。

具体实施方式

一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器，包括集成传感器头1、杆体2、端盖3、安装板4、吊环螺钉5、电连接器6，如图1-8所示，所述集成传感器头1包括声学换能器1-1、螺钉1-2、电磁传感器1-3，声学换能器1-1与电磁传感器1-3之间通过螺钉1-2固定；所述声学换能器1-1包括壳体2-1、吸声橡胶2-2、陶瓷片2-3；所述电磁传感器1-3包括压盖3-1、底座3-2、励磁线圈组件3-3、电极3-4、电极板3-5，电极板3-5上装有两对电极3-4，两对电极3-4采用垂直对称布置；所述励磁线圈组件3-3包括内线圈4-1、铁芯4-2、外线圈4-3；所述集成传感器头1与安装板4之间设有杆体2。

所述电连接器6采用水密电连接器。

实施例

本装置电磁传感器和声学换能器集成于同一传感器内部，电磁传感器两对电极连线相互垂直布阵，电磁传感器磁芯采用圆柱环形设计，工作时磁力线沿磁芯中心呈360°对称，从结构上保证两对电极灵敏度的一致性，电磁传感器采用环氧树脂灌封。声学换能器内部采用JANUS布阵方式布置四个声学基阵，端面采用聚氨酯灌封，声学换能器端面与电磁传感器端面设计时保证在同一平面上。

本装置由集成传感器头1、杆体2、端盖3、安装板4、吊环螺钉5、电连接器6构成，如图1、图2所示；所述集成传感器头1包括声学换能器1-1、螺钉1-2、电磁传感器1-3，声学换能器1-1与电磁传感器1-3之间通过螺钉1-2固定，如图3、图4所示；所述声学换能器1-1包括壳体2-1、吸声橡胶2-2、陶瓷片2-3，整体采用聚氨酯灌封而成，如图5所示；所述电磁传感器1-3包括压盖3-1、底座3-2、励磁线圈组件3-3、电极3-4、电极板3-5，电极板3-5上装有两对电极3-4，两对电极3-4采用垂直对称布置，如图6、图7所示；所述励磁线圈组件3-3包括内线圈4-1、铁芯4-2、外线圈4-3，如图8所示；所述集成传感器头1与安装板4之间设有杆体2。

所述集成传感器头1与杆体2之间采用O形圈及螺钉进行密封和固定；安装板4通过端盖3固定在杆体2上；电连接器6与端盖3之间由螺钉固定，电连接器6采用水密电连接器；

所述电极板3-5上设有定位凹槽，由其对励磁线圈组件3-3进行定位，并通过环氧树脂进行粘结和固化；底座3-2和电极板3-5密封面上采用“楔形”结构，对电极板3-5进行定位及增加粘接面积，并通过压盖3-1对电极板3-5进行水平压紧固定，保证粘接质量；

所述电极板3-5上装有两对电极3-4，两对电极采用垂直对称布置，电极3-4与电极板3-5之间采用螺纹连接，并利用环氧树脂进行粘结和固化；

所述励磁线圈组件3-3由内线圈4-1、铁芯4-2、外线圈4-3组成。通过调整两线圈间位置关系可以对线圈参数进行微调和控制，消除线圈绕制过程中的离散型，提高产品静态参数的一致性。

所述励磁线圈组件3-3采用内外双线圈设计，当内线圈4-1与外线圈4-3串联工作时，磁场分布具有较宽的辐射范围，在相同磁场工作区域内取得更大的信号感应能力。

本发明的工作过程：

两维电磁和声学集成的测速传感器作为计程仪设备的一个组件，不能单独工作，必须匹配后端处理单元进行传感器的励磁，发射，信号放大、滤波等处理过程，从而解算出速度信息。

两维电磁和声学集成的测速传感器中电磁传感器部件工作时基于法拉第电磁感应定律，电磁传感器的低频励磁电流作用于传感器的内置线圈使其产生交变磁场，当舰船航行时，相对运动的海水切割线圈产生磁力线，从而产生于舰船速度成正比的电势信号，该信号被两对电极拾取，一对拾取纵向速度信号，另一对拾取横向速度信号，通过后端处理单元对速度信号进行放大、滤波处理，从而解算出舰船速度。

两维电磁和声学集成测速传感器中声学换能器部件工作时基于多普勒频移效应原理，换能器器是一种机械能和电能相互转换的收发合置型元件，换能器把发射机产生的功率电信号转换为声波信号向海底辐射，声波遇到水体中的杂质颗粒或气泡以及海底会产生反射，反射回来的声波带有多普勒频移信息能被换能器接收，换能器将声波信号接收后转换为电信号送给接收机，此信号的频移大小与舰船速度成正比。通过接收机后端的信号处理，解算出船体速度。由于换能器内部采用JANUS阵方式在前后左右各布置一个声学基阵，船底安装时，前后阵为舰船艏艉方向，左右阵为舰船横向，其中前后阵可用于测量舰船纵向速度，左右阵可测量舰船横向速度。

从以上分析可以看出，两维电磁和声学集成测速传感器中电磁传感器部件和声学换能器部件都可用于测量舰船纵向和横向速度，从而充分发挥两种传感器的优势，实现冗余设计。

Claims (2)

1.一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器，包括集成传感器头（1）、杆体（2）、端盖（3）、安装板（4）、吊环螺钉（5）、电连接器（6），其特征在于，所述集成传感器头(1)包括声学换能器（1-1）、螺钉（1-2）、电磁传感器（1-3），声学换能器（1-1）与电磁传感器（1-3）之间通过螺钉（1-2）固定；所述声学换能器（1-1）包括壳体（2-1）、吸声橡胶（2-2）、陶瓷片（2-3）；所述电磁传感器（1-3）包括压盖（3-1）、底座（3-2）、励磁线圈组件（3-3）、电极（3-4）、电极板（3-5），电极板（3-5）上装有两对电极（3-4）， 两对电极（3-4）采用垂直对称布置；所述励磁线圈组件（3-3）包括内线圈（4-1）、铁芯（4-2）、外线圈（4-3）；所述集成传感器头（1）与安装板（4）之间设有杆体（2）。

2.根据权利要求1所述的一种用于舰船测速的两维电磁和声学集成的测速传感器，其特征在于，所述电连接器（6）采用水密电连接器。