[实用新型]一种等离子体声纳浮标

说明书

技术领域

本实用新型属于水下探测技术领域，具体涉及一种等离子体声纳浮标。

背景技术

声纳浮标是一种水声遥感探测器，它与浮标信号接收处理设备等组成浮标声纳系统，可用于水下噪声测量、水下温度深度测量、水下信道测量、水下目标探测和水下通讯等。目前，按工作方式分，声纳浮标可分为主动式和被动式两种。其中，被动式声纳浮标只接收信号，无水声信号发射装置；而主动式声纳浮标多采用收发共用的单个圆柱压电式换能器，探测目标的同时可以进行测距，其工作频段一般在9～13kHz范围，发射的声波波形为脉冲波形。目前，随着水下目标隐身性能逐渐提高，尤其是消声覆瓦对中高频波段有较好的吸声效果，使得常规主被动声纳浮标的探测距离逐渐变小，这就要求声纳浮标探测频率往低频发展。

等离子体声源是一种新型的水下脉冲声源，与压电式换能器相比，能效较高，且具有脉冲窄、频带宽、源级高等特点。其工作原理与压电式换能器也有很大区别，属于爆炸式声源。等离子体声源的技术原理是水中高压脉冲放电的机械效应，又称为“液电效应”。水中高压脉冲放电根据其放电形式又可分为水中脉冲电弧放电和水中脉冲电晕放电。

美国德州科技大学奥斯汀分校在水中脉冲电弧放电技术及其相关声源产品的研发开展了有近20年的工作。美国凤凰科学技术公司也开发了一种以水中脉冲电弧放电为基础的等离子体声源并将其应用至声纳浮标。该声纳浮标每次充电后只能进行20次放电，且产生的声信号存在多次振荡。这种振荡是由气泡脉动引起的。气泡脉动存在很大的随机性，因此使得声信号的重复性变差，不利于目标探测和水声测量方面的应用。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种等离子体声纳浮标，采用模块化设计优化了电磁环境，避免了高压脉冲放电对低压模块的电磁干扰，输出脉冲声波无多次振荡，信号重复性好。

一种等离子体声纳浮标，包括低压模块和与之相连的高压模块；

所述的低压模块包括定位单元、通讯单元和储能单元；定位单元与通讯单元相连，储能单元与定位单元和通讯单元相连；其中：

定位单元用于接收卫星提供的定位信息；

通讯单元用于与外部上位控制系统进行通讯，接收其发送的控制信号，并向其发送所述的定位信息；

储能单元用于存储直流电并为定位单元、通讯单元和高压模块供电；

所述的高压模块包括DC-DC变换单元和脉冲放电单元，DC-DC变换单元与储能单元和脉冲放电单元相连，脉冲放电单元与通讯单元相连；其中：

DC-DC变换单元用于抬升所述的直流电的电压等级，输出高压直流电；

脉冲放电单元用于利用所述的高压直流电，定时自主进行脉冲放电或根据所述的控制信号进行脉冲放电。

所述的低压模块通过连接器或缆线与高压模块相连，两者可分离，低压模块可重复充电使用；优选采用缆线，长度可以调节，可根据需要将高压模块沉放至不同深度，以此调节声纳的工作频段；连接器可采用电连接器或光电复合型连接器，缆线可采用防水电缆或光电复合缆。

所述的储能单元可采用超级电容、锂电池或光伏电池；优选采用锂电池，锂电池储能密度大，工作时间长。

所述的DC-DC变换单元由一全桥逆变器、一LC谐振电路、一升压变压器和一全桥整流器依次连接构成。

所述的脉冲放电单元包括一限流电感、一高压脉冲电容、一续流二极管、一放电开关、一触发器和一放电电极组成；其中，限流电感的一端与DC-DC变换单元的高压输出端相连，限流电感的另一端与高压脉冲电容的一端、续流二极管的一端和放电开关的一端相连，放电开关的另一端与放电电极相连，高压脉冲电容的另一端与续流二极管的另一端和DC-DC变换单元的低压输出端相连并接地，放电开关的触发极与触发器相连，所述的触发器定时触发放电开关或根据所述的控制信号触发放电开关。

所述的高压脉冲电容可采用油浸式电容器或干式电容器，所述的放电开关采用半导体开关。

所述的放电电极由绝缘介质和至少一根金属电极组成；所述的金属电极嵌入于所述的绝缘介质中，金属电极一端裸露且为放电尖端，另一端与放电开关的另一端相连；若所述的金属电极为多个，则所有金属电极的另一端并联后与放电开关的另一端相连。

所述的放电电极为单电极或多电极，单电极的只包含一根金属电极，多电极包含多根金属电极。所述的绝缘介质采用可聚乙烯、环氧树脂或四氟材料。