[發(fā)明專利]一種預(yù)置聲吶傳感器的海底真空管道及安裝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110323390.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN113064175B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張耀平;劉良忠;燕鵬君;張曉娟;蔡宗義;尚安利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西京學(xué)院
• 主分類號(hào): G01S15/88
• 分類號(hào): G01S15/88;G01S7/521
• 代理公司: 西安眾和至成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249
• 代理人: 安文龍

本發(fā)明公開一種預(yù)置聲吶傳感器的海底真空管道及安裝方法，包括至少兩組固定安裝在管墩頂部的管段，每組管段兩端均預(yù)制有用于連接的法蘭，管段上預(yù)置安裝有多組聲吶傳感器，每組聲吶傳感器均包括用于接收和發(fā)射聲波，并將接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，或者把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波發(fā)射出去的換能器和安裝在管道內(nèi)壁上且用于處理來自換能器電信號(hào)發(fā)送至中央處理器，以及接收并調(diào)制來自中央處理器電信號(hào)并發(fā)送至換能器的集成電路；每個(gè)換能器均通過嵌入式電路與集成電路連接；每組管段內(nèi)均安裝有用于換能器供電的供電線纜和用于換能器信號(hào)傳輸?shù)男盘?hào)傳輸線，供電線纜和信號(hào)傳輸線分別與集成電路連接。該方法具有優(yōu)化安裝工藝，降低成本，提高效益的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海底真空管道交通以及水下聲吶技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)置聲吶傳感器的海底真空管道及安裝方法。

背景技術(shù)

電磁波在水中衰減很快，傳播距離僅幾十米，以致電磁波無法用于水下通訊。聲波在水中衰減很小，于是，作為水下通訊技術(shù)的聲吶(Sonar)應(yīng)運(yùn)而生。目前，聲吶已經(jīng)廣泛應(yīng)用于潛艇、魚雷、水下潛航器、水下定位跟蹤、海底測量、海洋探測等領(lǐng)域。

海底真空管道是一種即將實(shí)施的跨海越洋交通方式。基本形式為，在海床上修建管墩，然后通過水下施工方法，把真空管道管段按要求的精度架設(shè)在管墩上，再用水下密封連接方法把所有管道固定連接。海底環(huán)境對(duì)真空管道具有特殊優(yōu)越性，海水可以為真空管道降溫、提供恒溫環(huán)境，還可為管道提供均勻浮力，抵消管道自身重力作用，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，減少工程費(fèi)用。海底真空管道將遍布全球各大洋海底，依托其建設(shè)海底聲吶通訊網(wǎng)絡(luò)，可望具備良好的經(jīng)濟(jì)效果和發(fā)展前景，也將成為各國海洋資源開發(fā)應(yīng)用與角逐的前沿技術(shù)領(lǐng)域。

早期的聲吶作用距離短，僅幾公里。為了提高作用距離和探測精度，現(xiàn)代聲吶的發(fā)展方向是：采用大功率、低頻、大尺寸基陣、合成孔徑和信號(hào)處理技術(shù)的聲吶設(shè)備。

某大型潛艇的艇首球形聲吶直徑大約4.5m，馬蹄形基陣長約15m，突破艦艇尺寸限制的拖曳陣聲學(xué)模塊段長達(dá)百米，工作頻率低至數(shù)十Hz。拖曳線陣由一系列水聲模塊組成，陣中的傳感器定位系統(tǒng)可以確定陣列位置、方向，通過波束補(bǔ)償糾正線列陣在拖曳過程中的任何變形。

某潛艇輕型寬孔徑基陣由6個(gè)安裝在艦殼弦側(cè)的基陣組成，采用光纖和激光技術(shù)把聲學(xué)能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，能靈活地對(duì)同一潛艇聲特征進(jìn)行監(jiān)測，提供實(shí)時(shí)的水下態(tài)勢(shì)信息。其改進(jìn)包括，使用空氣橡膠聲障板取代內(nèi)部去藕器，減小艇內(nèi)噪聲對(duì)基陣的影響；使用輕型光纖電纜代替銅纜，向作戰(zhàn)系統(tǒng)傳送聲吶數(shù)據(jù)，節(jié)省艇內(nèi)空間；采用商用處理機(jī)代替軍用計(jì)算機(jī)，方便升級(jí)維護(hù)。

大部分潛艇指揮臺(tái)圍殼后部安裝低成本共形陣，其為模塊化高頻聲吶，屬于被動(dòng)聲吶平面陣，與主動(dòng)聲吶系統(tǒng)集成在一起，提高了潛艇在高密度航運(yùn)淺海環(huán)境中感知和規(guī)避碰撞的能力。

某反潛直升機(jī)裝備了改進(jìn)的低頻吊放聲吶，具有更低的頻率、更大的陣列合成孔徑和更遠(yuǎn)的探測距離，最大工作深度550m，對(duì)10～200m深的海底進(jìn)行探測時(shí)，三維圖像分辯率可達(dá)3cm。

提高聲吶系統(tǒng)性能是該技術(shù)領(lǐng)域不斷追求的目標(biāo)，最有效的方法是增大基陣合成孔徑，但由于潛艇自身空間限制，增大基陣孔徑只能采用共形陣。某型潛艇設(shè)計(jì)計(jì)劃采用共形陣聲吶，沿艇首表面部署平板陣，與艇兩側(cè)的弦側(cè)陣連成一體，形成包裹全艇的大尺寸陣列，實(shí)現(xiàn)基陣有效孔徑的最大化，減少探測盲區(qū)。目前比較成熟的有艇首共形陣、弦側(cè)共形陣、指揮臺(tái)圍殼共形陣等局部共形陣。

某些國家正在研究適應(yīng)艇殼的聲吶陣，裝備共形潛艇水聲傳感器和共形聲速傳感器，使其能全艇布置，改善偵聽性能，進(jìn)行全方位監(jiān)控，克服目前偵聽角度的限制。