一種低噪聲船舶軸頻電場測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低噪聲船舶軸頻電場測量系統，包括依次連接的電場傳感器、信號調理電路和數據采集系統。本實用新型所述低噪聲船舶軸頻電場測量系統，可以克服現有技術中噪聲大、功耗大和危險性大等缺陷，以實現噪聲小、功耗小和危險性小的優點。
【專利說明】一種低噪聲船舶軸頻電場測量系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及軸頻電場測量【技術領域】，具體地，涉及一種低噪聲船舶軸頻電場測量系統。
【背景技術】
[0002]電場是除聲場、磁場和水壓場之外又一明顯的船舶物理場特征，按其形成的原因可分為靜電場、軸頻電場、諧波電場和感應電場等。
[0003]船舶在海水中航行時，不同金屬之間產生的電化學腐蝕電流、以及由外加電流陰極保護(ICCP)系統產生的防腐電流，會在船舶周圍形成準靜電場信號，該信號在螺旋槳的調制下會產生軸頻電場信號，該信號因具有頻率特征明顯、傳播距離遠和不可避免等特點，可被應用于船舶主軸系的故障診斷以及水中目標的定位跟蹤。
[0004]例如，可以利用電偶極子模擬軸頻電場的信號特征，分別研制基于PC104和NI采集卡的電場采集系統，并分別利用所研制的系統在海上和實驗室中成功測得了船舶和船模的軸頻電場信號，但由于所研制的系統存在噪聲和功耗較大的問題，且測量系統是基于拖電纜方式進行測量的，在高海況下，存在危險性大的問題。
[0005]在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術中至少存在噪聲大、功耗大和危險性大等缺陷。

【發明內容】

[0006]本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種低噪聲船舶軸頻電場測量系統，以實現噪聲小、功耗小和危險性小的優點。
[0007]為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種低噪聲船舶軸頻電場測量系統，包括依次連接的電場傳感器、信號調理電路和數據采集系統。
[0008]進一步地，所述電場傳感器，包括用于測量海水中三個正交方向兩點間電位差的4個測量電極和I個參考電極；所述4個測量電極包括位于坐標原點的第I電極，分別位于坐標原點的三個正交方向即X方向、Y方向和Z方向、且能夠分別和第I電極組成相應方向電場測量電極對的第3電極、第4電極和第2電極；所述I個參考電極包括第5電極；所述第5電極為參考電極，靠近第3電極設置，并與信號調理電路的地線連接。
[0009]進一步地，所述第I電極、第2電極、第3電極、第4電極和第5電極，均為全固態Ag/AgCl 電極。
[0010]進一步地，所述信號調理電路，包括依次連接在電場傳感器與數據采集系統之間的前置放大電路、濾波電路、二次放大電路和電平轉換電路。
[0011]進一步地，所述前置放大電路，主要包括低噪聲儀表放大器AD624。
[0012]進一步地，所述濾波電路，主要包括串聯設置的I個8階低通有源濾波器和I個2階高通有源濾波器。
[0013]進一步地，所述I個8階低通有源濾波器和I個2階高通有源濾波器，均采用巴特沃茲結構。
[0014]進一步地，所述電平轉換電路，包括加法電路。
[0015]進一步地，所述數據采集系統，主要包括分別與所述信號調理電路連接的3片24位低噪聲AD轉換芯片AD7799，分別與所述3片24位低噪聲AD轉換芯片AD7799連接的低功耗MSP430F2618單片機為微處理機，以及與所述低功耗MSP430F2618單片機為微處理機連接的記錄單元。
[0016]進一步地,所述記錄單元包括SD卡。
[0017]本實用新型各實施例的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，由于包括依次連接的電場傳感器、信號調理電路和數據采集系統，可以在水下連續測量和記錄1600h的數據；從而可以克服現有技術中噪聲大、功耗大和危險性大的缺陷，以實現噪聲小、功耗小和危險性小的優點。
[0018]本實用新型的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。
[0019]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0021]圖1為軸頻電場的產生原理示意圖；
[0022]圖2為低噪聲船舶軸頻電場測量系統的工作原理示意圖；
[0023]圖3為測量電極的分布示意圖；
[0024]圖4為防射頻干擾濾波電路的電氣原理示意圖；
[0025]圖5為低噪聲船舶軸頻電場測量系統的自噪聲波形圖；
[0026]圖6a-圖6c為實測電場分布(深度IOcm)圖；
[0027]圖7a-圖7c為實測電場分布(深度15cm)；
[0028]圖8a-圖8c為實測電場分布(正橫距30cm)；
[0029]圖9a-圖9c為實測電場分布(正橫距35cm)；
[0030]圖1Oa-圖1Of為低噪聲船舶軸頻電場測量系統的電氣原理示意圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0032]關于軸頻電場的具體說明，可參見圖1:
[0033]由于船舶通常是由不同的金屬材料制成，海水又是良好的電解液，當船舶在海水中時，不同金屬材料之間(如鋼質船殼和銅質螺旋槳)要發生電化學反應，從而在船舶周圍產生了腐蝕電流，同時使鋼質船殼不斷的受到腐蝕。為保護船殼體不受腐蝕，除采用涂層防腐外，現代船舶上普遍采用了外加電流陰極保護(ICCP)系統和犧牲陽極陰極保護(PCP)系統產生保護電流進而進行防腐。腐蝕電流和保護電流都會經海水從船殼流向螺旋槳，然后通過各種軸承、密封和機械線路從螺旋槳返回到船殼。[0034]此回路的電阻抗Rb會隨著螺旋槳軸承的旋轉而發生周期變化，使流經海水的電流受到調制。從而在船舶周圍產生以螺旋槳轉動頻率為基頻的時變電場信號，該電場稱為軸頻電場。由于海水是良導體，電場信號衰減較快，理論研究和實驗數據發現，在1-2倍船長附近，其幅值一般只有uV/m的量級。
[0035]由上述分析可知，為了滿足水下長期測量的要求，且軸頻電場信號屬于微弱信號，因此測量系統應滿足低功耗和低噪聲的要求，同時還應具備存儲記錄數據的功能。軸頻電場信號因具有頻率極低、傳播距離遠、在頻譜上為線譜的特點而被廣泛應用于水中目標的探測，為了實現低功耗、低噪聲的軸頻電場測量系統，根據本實用新型實施例，如圖2-圖9c所示，提供了一種低噪聲船舶軸頻電場測量系統。
[0036]該低噪聲船舶軸頻電場測量系統，圍繞解決水下長期測量軸頻電場信號的問題而展開，研制了以固態Ag/AgCl電極陣列為傳感器、高精度儀表放大器AD624為前置放大器、MSP430單片機為微處理器的測量系統。該低噪聲船舶軸頻電場測量系統的噪聲峰-峰值不大于0.4uV,可在水下連續測量和記錄1600h的數據。
[0037]參見圖2，本實施例的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，主要由依次連接的測量傳感器(即電場傳感器)、信號調理電路和數據采集系統組成。
[0038]在上述實施例中，上述電場傳感器，主要用來測量電場信號，通常使用的水下電場傳感器都是基于測量兩點之間的電勢差原理，即通過電極測量海水中相隔一定距離兩點的電勢差來近似得到對該處電場強度的估計。對于某一方向I上的電場強度:.U-U,
【權利要求】
1.一種低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，包括依次連接的電場傳感器、信號調理電路和數據采集系統。
2.根據權利要求1所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述電場傳感器，包括用于測量海水中三個正交方向兩點間電位差的4個測量電極和I個參考電極；所述4個測量電極包括位于坐標原點的第I電極，分別位于坐標原點的三個正交方向即X方向、Y方向和Z方向、且能夠分別和第I電極組成相應方向電場測量電極對的第3電極、第4電極和第2電極；所述I個參考電極包括第5電極；所述第5電極為參考電極，靠近第3電極設置，并與信號調理電路的地線連接。
3.根據權利要求2所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述第I電極、第2電極、第3電極、第4電極和第5電極，均為全固態Ag/AgCl電極。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述信號調理電路，包括依次連接在電場傳感器與數據采集系統之間的前置放大電路、濾波電路、二次放大電路和電平轉換電路。
5.根據權利要求4所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述前置放大電路，主要包括低噪聲儀表放大器AD624。
6.根據權利要求4所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述濾波電路，主要包括串聯設置的I個8階低通有源濾波器和I個2階高通有源濾波器。
7.根據權利要求6所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述I個8階低通有源濾波器和I個2階高通有源濾波器，均采用巴特沃茲結構。
8.根據權利要求4所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述電平轉換電路，包括加法電路。
9.根據權利要求1-3中任一項所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述數據采集系統，主要包括分別與所述信號調理電路連接的3片24位低噪聲AD轉換芯片AD7799，分別與所述3片24位低噪聲AD轉換芯片AD7799連接的低功耗MSP430F2618單片機為微處理機，以及與所述低功耗MSP430F2618單片機為微處理機連接的記錄單元。
10.根據權利要求9所述的低噪聲船舶軸頻電場測量系統，其特征在于，所述記錄單元包括SD卡。
【文檔編號】G01R29/00GK203422423SQ201320328964
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年6月7日 優先權日:2013年6月7日
【發明者】熊露, 姜潤翔, 龔沈光, 張伽偉 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學