采用双体流线型玻璃钢实现深海浮标式水下监听爆炸声信号装置的设计

现在海洋技术飞速发展，深海水下爆炸装置的应用也越来越多，然而，从海面上是无法直接收听到爆炸装置的爆炸声的，这就需要设计一种装置来记录爆炸声信号，已确定装置是否确实引爆。本文就是介绍这样一种装置——深海浮标式水下装置。本装置通过换能器接受爆炸信号。通过频率变换合成电路，将爆炸声转换为频率为1kHz的可记录的信号，记录到录音笔中。可以通过播放录音笔来听取爆炸信号，或者，接到示波器上观察，更为直观。

本装置采用双体流线型玻璃钢结构，中间装配绕索筒和电路仪器舱，具有外形小，重量轻，浮力大，布放方便的特点。结构示意图如图1所示。

电路仪器舱的电路设计

电路仪器舱用来实现对换能器信号的处理，最终将收取到的爆炸信号记录到录音笔中。电路仪器舱由放大电路、频率变换合成电路、录音笔，供电装置组成。仪器舱的信号流框图见图2。

水听器

水听器分为发射水听器和接受接收器。发射水听器安装在爆炸装置上，声源级为185dB，接受水听器布放在水下15米处，主要是接受水下的爆炸声信号，并将其转换为电信号。通过三芯带屏蔽网的电缆线与浮标内的处理电路相连。电缆要有耐磨性、有足够的强度，能够支撑换能器重量的要求。

放大电路

放大器使用的是TI公司的TLC277精密双运放放大器。由于爆炸装置可能在水下100m，200m，300m，400m及400m以上进行爆炸分离，爆炸装置在不同深度上发出不同的个数的声脉冲，用以判断爆炸装置的爆炸分离的深度，具体关系见表1。因为爆炸装置爆炸分离的深度不同，换能器接受的电压信号就会有差异，具体关系见下式：

与此可见，爆炸装置爆炸分离时的距离越远声信号的衰减越大，接收到的电信号也就越小。所以，我们将放大器的放大倍数设为两个级别25倍和300倍，25倍用于爆炸装置处于400米以上，300倍用于爆炸装置处于400米以下。放大倍数的选择可以通过电路板上的短路块实现前放TLC272（U3）的放大倍数25倍或300倍可通过J1短接块实现，1和2 短接则放大25倍;2和3短接则放大300倍。放大电路见图3。

频率变换合成电路

频率变换合成电路是将频率为25kHz左右人耳听不到的爆炸噪声信号变换为频率为1kHz人耳能听到的信号。其中25kHz的带通滤波器选用的是MAXIM公司的MAX275AEPP，滤波频率可以通过外面的4个电阻来实现。具体计算如下：

R18=（2×109）/（f0 ×Holp）×（Rx/Ry）

R19=Q（2×109）/f0×（Rx/Ry）

R20=R21+R22-5KΩ

R21+R22=2×109/f0

其中：f0为带通滤波的中心频率;Q为品质因素;Holp为放大系数;Rx/Ry=1/5

滤波电路示于图4。1kHz频率的信号通过555定时器的单稳电路和震荡电路得到。合成器是通过TLC277将频率进行叠加。

录音笔

录音笔是信号的记录部分，选用的是DEC公司的DEC-SR370se。录音模式分三种可选择：高清晰度模式，可录音4小时;普通模式，可以录音9小时;低清晰度模式，可录音18小时。试验完后，可以从浮标内取出，播放来听取噪声信号。或者，接到示波器上进行观察，更加直观，

供电装置

本装置采用电池供电，选用成都建中锂电池厂的CR17450，四节电池做成电池盒，其中三节串联给电路板供电，一节给录音笔供电。CR17450的容量为1800毫安时。可以满足电路板75小时供电，录音笔15小时供电。

结语

本装置已经在深海水下爆炸监听中得到了实际应用，系统工作稳定，装置通过水上反演，结果显示装置能够很好地记录了深海的爆炸声。获得良好的效果，得到使用方的肯定。