[發(fā)明專利]一種基于多軸云臺的仿生蝙蝠聲納實驗系統(tǒng)裝置

在審

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• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106772328A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔睿雯
• 申請（專利權(quán)）人: 孔睿雯
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 北京恒博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11528
• 代理人: 范勝祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及仿生聲納技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于多軸云臺的仿生蝙蝠聲納實驗系統(tǒng)裝置。

背景技術(shù)

基于蝙蝠超聲波回波定位的超聲波測距系統(tǒng)已廣泛使用在工業(yè)控制、勘探測量、安全防范、機器人避障等領(lǐng)域。典型超聲測距系統(tǒng)采用的模式是單發(fā)單收模式,既由一個超聲波發(fā)射器和超聲波接收器及其相關(guān)的調(diào)理電路組成，通過超聲脈沖回波渡越時間來計算目標(biāo)或障礙物的距離。迄今為止，即使最先進的人造聲吶系統(tǒng)，仍遠不如蝙蝠回聲定位系統(tǒng)精確和高效。實際上蝙蝠的耳朵、嘴巴和鼻葉的外形結(jié)構(gòu)對于聲納探測具有非常重要的作用，實驗證明蝙蝠聲納器官的調(diào)節(jié)可改變蝙蝠發(fā)出或接收聲波的空間分布，影響聲場的近、遠場分布特性，有助于蝙蝠聲吶波束的形成，提高蝙蝠聲吶系的指向性和靈敏度。

目前基于蝙蝠超聲波回波定位的仿生蝙蝠聲納系統(tǒng)存在以下不足：

(1)蝙蝠發(fā)出的聲音頻率范圍通常在25kHz至100kHz之間，而目前常用的壓電式超聲換能器體積龐大，且工作在固定頻率，無法滿足仿生蝙蝠聲納科學(xué)研究的要求。

(2)蝙蝠頭部的生理結(jié)構(gòu)對于蝙蝠聲納系統(tǒng)的指向性和靈敏度具有重要的影響，而目前廣泛采用單發(fā)單收、單發(fā)雙收(一嘴兩耳)蝙蝠模型過于簡單，無法真實反映蝙蝠復(fù)雜生理結(jié)構(gòu)對聲場調(diào)控的影響。

(3)現(xiàn)有的聲納測量裝置，通常固定在相應(yīng)的設(shè)備上，僅針對某一固定方向進行目標(biāo)檢測，且功能單一，大大限制了使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于多軸云臺的仿生蝙蝠聲納實驗系統(tǒng)裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

提供一種基于多軸云臺的仿生蝙蝠聲納實驗系統(tǒng)裝置，包括仿生蝙蝠模型、機械本體和電氣控制系統(tǒng)。其中，所述機械本體包括水平轉(zhuǎn)臺、U形支架和云臺基座，電氣控制系統(tǒng)包括控制器、舵機、超聲波換能器、信號調(diào)理電路、LCD顯示屏、控制鍵和電源。水平轉(zhuǎn)臺固定在云臺基座上面，控制U形支架擺動的舵機固定于水平轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)盤上，水平轉(zhuǎn)臺和U形支架分別由獨立舵機驅(qū)動。在云臺基座上面設(shè)置有LCD顯示屏和控制鍵，在云臺基座內(nèi)側(cè)設(shè)置有控制器、信號調(diào)理電路和電源。仿生蝙蝠模型固定連接于U形支架上，在仿生蝙蝠的口腔中安裝有小型超聲波發(fā)射器，耳道中安裝有小型超聲波接收器。本發(fā)明一方面可以模擬蝙蝠的聲納識物功能，利用超聲波換能器進行障礙檢測，將檢測的信息發(fā)送到控制器中，并在LCD顯示屏上顯示障礙物的距離和回波信號強弱，另一方面可以模擬蝙蝠的聲納搜尋功能，通過云臺連接到舵機上的結(jié)構(gòu)，使舵機帶動仿生蝙蝠旋轉(zhuǎn)，利用雙耳探測到的障礙物的距離和回波信號強弱，自動搜索障礙目標(biāo)。

根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，在所述控制器還連接有耳廓調(diào)控舵機。

作為優(yōu)選方式，所述控制器還連接有無線通信模塊，并通過無線通信模塊與計算機連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:

(1)本發(fā)明的仿生蝙蝠頭部模型采用從微型CT掃描的蝙蝠樣品斷層切面圖像中三維重建結(jié)構(gòu)模型，并采用3D打印技術(shù)制作而成，保留了蝙蝠的自然生理結(jié)構(gòu)。

(2)本發(fā)明的超聲波接收傳感器采用Knowles公司的MEMS超聲波微型硅麥克風(fēng)，尺寸只有2-3mm，可直接塞入蝙蝠模型的耳道內(nèi)，在100KHz頻率范圍內(nèi)具有良好的靈敏度。

(3)本發(fā)明采用多軸云臺，可實現(xiàn)仿生蝙蝠模型的水平搖擺、豎直俯仰，甚至蝙蝠耳朵的動態(tài)調(diào)節(jié)，可真實地反映蝙蝠在回聲定位的動作和姿態(tài)。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所示裝置蝙蝠頭部3D模型圖，(a)正視圖，(b)側(cè)視圖。

圖3為圖1所示裝置的內(nèi)部控制電路原理圖。

圖4為目標(biāo)距離和方位的計算示意圖

具體實施方式