CN110617877A - 一种垂直吊放型矢量水听器阵列及潜标*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直吊放型矢量水听器阵列，由若干条阵列单元组合而成，每条所述阵列单元的结构是：透声外护套的两端均设有一个包括堵芯形成密封腔体，所述透声外护套中悬空设有减振骨架和水密仓体，矢量水听器通过减振弹簧悬空设置在所述减振骨架内，光路分/合束器密封设置在所述水密仓体中，所述光路分/合束器与所述矢量水听器连接并通过传输缆进行信号传输，所述透声外护套中充填有透声惰性油。本发明阵列单元的透声外护套内设有减振骨架，矢量水听器通过减振弹簧悬空设置在减振骨架内，结合阵列内部的液态填充剂，起到隔离外部振动，避免外部振动直接作用到矢量水听器，产生干扰信号的目的。

Description

一种垂直吊放型矢量水听器阵列及潜标***

技术领域

本发明涉及一种矢量水听器阵列，尤其涉及一种垂直吊放型矢量水听器阵列及潜标***。

背景技术

潜标***是海洋监测的重要技术装备，具有在恶劣环境下，无人值守的长期、连续、自动地对海洋情况进行监测的特点，是离岸监测的重要发展方向和手段。潜标泊于海面以下，并能通过释放装置回收，具有隐蔽性好不易被破坏的优点，使得其越来越受到世界各海洋国家的重视。

专利2014104290342公开了一种光纤水听器探头封装结构及光纤水听器阵列，多探头成阵时的连接封装采用铠装光缆，保护探头间的光纤，具备良好的水密与力学性能。声传感器的两端通过压板接头与铠装光缆连接，压板接头的外部套有过渡连接套进行密封，连接套上有若干固定孔，用于固定凯夫拉绳，提高组阵探测缆的抗拉强度，该结构可靠性高，水密性好，深水耐压能力强，易实现工程化与批量化装配。

专利2016109184033公开了一种固态拖曳声呐线列阵及其装配方法，该阵列采用固态胶体填充的方式，探头等器件单独采用透声材料密封，避免胶体进入探头内部影响其加速度灵敏度。相比液态填充具有以下优势：流噪声小，阵列可靠性高，一旦阵列破坏不会对海洋环境产生污染等优势。

但是上述专利仍然存在一些不足：(1)每个阵列单元的PU护套内布设多个水听器，需要大型入管设备，而且充油排泡不方便；(2)阵列之间直接通过凯夫拉绳连接，相邻阵列之间在海水波动下，会发生相对晃动，阵列姿态难于控制，从而影响监测效果；(3)外部振动直接作用在水听器上，会产生干扰信号，影响水听器的灵敏度。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种垂直吊放型矢量水听器阵列及潜标***，该阵列具有成阵方便、耐高静水压及抗干扰性强的优点。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

一种垂直吊放型矢量水听器阵列，由若干条阵列单元组合而成，每条所述阵列单元的结构是：透声外护套的两端均设有一个堵芯形成密封腔体，所述透声外护套中设有减振骨架和水密仓体，矢量水听器通过减振弹簧悬空设置在所述减振骨架内，光路分/合束器密封设置在所述水密仓体中，所述光路分/合束器与所述矢量水听器连接并通过传输缆进行信号传输，所述透声外护套中充填有透声惰性油。

进一步的，若干条阵列单元通过复合承力绳连接成阵列，任意相邻阵列单元之间采用轻质骨架进行支撑，使得成阵后阵列的整体密度与海水接近。

进一步的，所述透声外护套外均布有多根所述复合承力绳，所述轻质骨架与所述复合承力绳固定连接。

进一步的，所述复合承力绳外层为超高分子聚乙烯绳，内层为高强度凯夫拉绳。

进一步的，所述传输缆从所述轻质骨架中穿过。

进一步的，所述透声外护套采用柔性聚醚型聚氨酯材质。

一种潜标***，包括锚系***、电子舱、浮球以及上述矢量水听器阵列，所述矢量水听器阵列的底端设有所述锚系***，所述矢量水听器阵列通过所述传输缆与所述电子舱连接，所述电子舱通过承力绳与所述浮球连接。

与现有技术相比，本发明具有的优点在于：

1、抗干扰性强：阵列单元的透声外护套内设有减振骨架，矢量水听器通过减振弹簧悬空设置在减振骨架内，结合阵列内部的液态填充剂(作为阻尼)，可以起到隔离外部振动，避免外部振动直接作用到矢量水听器，产生干扰信号的目的。

2、耐高静水压：单个阵列单元内部填充液体，实现内外等压；将光路分/合束器采用专用的水密舱体进行密封保护；理论上只需满足矢量水听器的耐压极限，阵列可实现大深度的应用水深环境。

3、成阵方便：阵列单元采用单个独立密封，相比传统的整条阵列套PU护套的形式，不需要大型入管设备，充油排泡等均相对简单；单个阵列单元结构形式相同，可同时进行批量生产；阵列单元之间采用两端带密封头的传输缆连接，操作方便，阵列单元间距可随意调整；

4、轻量化：相比传统的阵列，仅对单个阵列单元位置进行充油，阵列单元之间的轻质骨架直接暴露在海水中，减轻阵列重量；采用低密度固体浮力材料制备轻质骨架，安装在相邻阵列单元之间，可实现阵列整体零浮力，方面运输、布放，以及提高阵列在应用过程中稳定性。

综上所述，本发明垂直吊放型矢量水听器阵列通过合理设计可安装矢量水听器，将矢量水听器按一定的复用方式连接并形成线列阵，阵列单元间距可调整，阵列具有成阵方便、密封可靠、耐高静水压力等特点。

附图说明

图1为潜标***结构示意图；

图2为单个阵列单元示意图；

图3为阵列组成示意图。

具备实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种潜标***，包括锚系***1、电子舱2、浮球3以及矢量水听器阵列4。其中，矢量水听器阵列4的底端与锚系***1连接，矢量水听器阵列4的顶端通过传输缆5将与电子舱2电性连接，电子舱2通过承力绳6与浮球3连接。至于锚系***1、电子舱2及两者之间组成的控制电路均为现有结构，在此不再赘述，本申请改进的重点在于矢量水听器阵列4。

参见图2和图3，本实施例潜标***的矢量水听器阵列4由若干条阵列单元组合而成，每条阵列单元的结构是：透声外护套401的两端均设有一个包括堵芯402形成密封腔体，透声外护套401中悬空设有减振骨架403和水密舱体404，矢量水听器405通过减振弹簧406悬空设置在减振骨架403内，光路分/合束器407密封设置在水密舱体404中，光路分/合束器407与矢量水听器405连接并通过传输缆5进行信号传输，透声外护套401中充填有硅油等透声惰性油(图中未示出)，将矢量水听器405与外界海水隔离，同时满足声传递的要求。

本实施例在阵列单元的透声外护套401内设有与专利2013203901706记载的类似减振机构，矢量水听器405通过减振弹簧406悬空设置在减振骨架403内，结合阵列内部的透声惰性油(作为阻尼)，起到隔离外部振动，避免外部振动直接作用到矢量水听器，产生干扰信号的目的。其中，传输缆5内部光纤或电缆为多芯结构，一般8个阵元或8的倍数个阵元(比如32、64)通过一上一下两根光纤进行光路传输。光路分/合束器407与矢量水听器405的具体结构及组成的电路结构均为现有公知技术，在此不再复述。

本实施例单个阵列单元内部填充液体，实现内外等压；将光路分/合束器407和熔接点采用专用的水密舱体404进行密封保护，水密舱体404的结构强度根据阵列最大应用水深设计，理论上只需满足矢量水听器的耐压极限，阵列可实现大深度的应用水深环境。

可以理解的是，矢量水听器405通过上部对称布置的一对减振弹簧406和下部对称布置的一对减振弹簧406悬空设置在减振骨架403中，矢量水听器405通过对称布置的多对减震弹簧406固定在减振骨架403中，从而可以实现对外部振动的全面隔离。

优选的，为便于减振弹簧406的连接，在矢量水听器405和减振骨架403上设有供减振弹簧406两端挂设的挂钩，减振弹簧406的两端分别挂在矢量水听器405和减振骨架403上的挂钩上并呈张紧状态，减振弹簧406安装方便。

参见图3，在一些实施例中，若干条阵列单元通过复合承力绳409连接成阵列，任意相邻阵列单元之间采用轻质骨架408进行支撑，轻质骨架408采用低密度(一般密度低于0.6g/cm³)固体浮力材料制备，起到降低阵列整体密封的效果，使得成阵后阵列的整体密度与海水接近。

本实施例在相邻阵列单元之间设有轻质骨架408，将阵列密度整体配比控制与海水密度一致，相比传统的阵列，本实施可实现阵列整体零浮力，布放后能够更好的控制阵列姿态，避免阵元之间错动，而且实现了阵列轻量化，方便阵列运输和布放。

具体的，透声外护套401采用柔性聚醚型聚氨酯材质，可耐海水腐蚀和抗长期水解，内部填充透声惰性油，在保证阵列单元内部无气泡的前提下，可实现内外等压，理论上可满足全海域海深的应用环境。

可以理解的是，在实际应用中，若干条阵列单元通过复合承力绳409连接成阵列，复合承力绳409沿透声外护套401周向布置多根，阵列单元通过连接法兰等紧固结构4010与复合承力绳409进行连接；轻质骨架408设置在多根复合承力绳409围成的空间内并与各根复合承力绳409固定连接，连接相邻阵列单元的传输缆5从轻质骨架408中穿过并通过两端的密封连接接头4011进行连接，密封连接接头4011可以采用插拔式的结构，方便拆卸，且便于成阵和测试维修。

其中，复合承力绳409一般采用4股或6股不等，其采用外层为耐海水腐蚀的超高分子聚乙烯绳，内层为高强度凯夫拉绳，同时具备高强度和不易水解的性能，可满足长期海水浸泡的应用环境；阵列单元间距和阵列单元数根据总体技术指标要求可进行调整。

本实施例潜标***的工作原理为：电子舱2内光电解调***发出的电脉冲光信号，经过传输缆5进入矢量水听器阵列4，经过下行主光路进入阵列内部水密舱体，经光路分/合束器407后进入各个矢量水听器405单元，外部水声信号作用到矢量水听器405单元，对脉冲光信号进行调制(导致光相位、强度的变化)，声调制后的光信号返回阵列内部水密舱体，经光路分/合束器407汇总到上行主光路中，经过传输缆5传入光电解调***，经调解处理得到的多通道数字声信号，最后进行综合处理，将处理的结果在记录设备上进行记录。

参见图2和图3，本发明阵列的成阵过程为：

(1)将2个堵芯402通过抗拉件连接，长度满足矢量水听器405和水密舱体的安装空间即可；

(2)将矢量水听器405与减振骨架403连接，并将减振骨架403与堵芯402之间的抗拉件固定；

(3)将传输缆5和矢量水听器405的光缆均引入到水密舱体内与光路分/合束器407进行连接，并将水密舱体密封；

(4)套上透声外护套401，单个阵列单元长度一般不超过0.6m，可直接入管；

(5)安装扣押环4013并进行扣押密封；

(6)从堵芯402灌油口往透声外护套401内部填充透声惰性油，一端注油，一端抽真空，充满后密封；

(7)根据阵列的阵列单元数量和阵列单元间距计算阵列整体长度，将单根复合承力绳409来回走“井”字形，形成4股结构；

(8)将单个阵列单元和轻质骨架408与复合承力绳409按要求和间距进行固定连接；

(9)相邻阵列单元之间的传输缆5连接，密封；

(10)测试正常，完成阵列制作。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种垂直吊放型矢量水听器阵列，由若干条阵列单元组合而成，其特征在于，每条所述阵列单元的结构是：透声外护套的两端均设有一个堵芯形成密封腔体，所述透声外护套中设有减振骨架和水密仓体，矢量水听器通过减振弹簧悬空设置在所述减振骨架内，光路分/合束器密封设置在所述水密仓体中，所述光路分/合束器与所述矢量水听器连接并通过传输缆进行信号传输，所述透声外护套中充填有透声惰性油。

2.根据权利要求1所述的垂直吊放型矢量水听器阵列，其特征在于：若干条阵列单元通过复合承力绳连接成阵，任意相邻阵列单元之间采用轻质骨架进行支撑，使得成阵后阵列的整体密度与海水接近。

3.根据权利要求2所述的垂直吊放型矢量水听器阵列，其特征在于：所述透声外护套外均布有多根所述复合承力绳，所述轻质骨架与所述复合承力绳固定连接。

4.根据权利要求3所述的垂直吊放型矢量水听器阵列，其特征在于：所述复合承力绳外层为超高分子聚乙烯绳，内层为高强度凯夫拉绳。

5.根据权利要求3所述的垂直吊放型矢量水听器阵列，其特征在于：所述传输缆从所述轻质骨架中穿过。

6.根据权利要求1所述的垂直吊放型矢量水听器阵列，其特征在于：所述透声外护套的材质为柔性聚醚型聚氨酯。

7.根据权利要求1所述的垂直吊放型矢量水听器阵列，其特征在于：相邻阵列单元之间通过两端带密封连接头的传输缆连接。

8.一种潜标***，其特征在于：包括顺次连接的锚系***、权利要求1-7任一项所述矢量水听器阵列、电子舱和浮球。