邢陽陽 李曉陽

摘 要：文章對矢量水聲傳感器信號處理電路的設(shè)計、矢量水聲傳感器的溫度補償設(shè)計以及信號處理電路的實現(xiàn)三個方面的內(nèi)容進行了詳細地分析和探析，從而詳細地論述了如何做好矢量水聲傳感器信號處理電路的設(shè)計工作。

關(guān)鍵詞：矢量水聲傳感器；信號處理電路；溫度補償

現(xiàn)階段，在世界上各個國家的海軍海上軍事作戰(zhàn)中，反潛戰(zhàn)所占有的位置都是十分關(guān)鍵的，隨著科學技術(shù)水平的不斷進步，水聲對抗與反對抗也得到了快速的發(fā)展，特別是絕大部分潛艇都相繼地采用了消聲瓦，這就將聲納的工作頻率降低到了3kHz以下，這也就加大了深彈聲制導系統(tǒng)的難度。在水聲測量系統(tǒng)中，矢量水聲傳感器已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，這在某種程度上也提高了系統(tǒng)的線譜檢測能力和抗干擾能力，在進行能量檢測工作時，因為矢量水聲傳感器是可以測量聲場中的聲能流的，并且其在噪聲場中也確實具有各個方向的同性噪聲相互抵消的優(yōu)點，在環(huán)境較為惡劣的情況下其也可以進行目標探測工作，采用了很小的傳感器便可以完成多目標、遠距離并且低頻率的識別工作。所以，對于矢量水聲傳感器來說，應(yīng)充分地做好其信號處理電路的研究工作。

1 矢量水聲傳感器信號處理電路的設(shè)計

（1）信號處理電路的組成。通常情況下，信號處理電路都是由線性化處理電路、儀表放大電路和濾波電路等電路組成的，其是在顯示器以及A/D轉(zhuǎn)換器之前所必須具備的電路。

（2）測量電橋。在傳感器中，我們在計算彈性梁的應(yīng)變時通常都要參考應(yīng)變計的阻值變化的，而要想有效的測量其電阻，通常都要通過測量電橋來確定，因此，在設(shè)計矢量水聲傳感器的信號處理電路時，我們采用的是四臂惠斯登全橋電路。

（3）差動輸入放大電路。電橋輸出的信號實際上也是很小的，那么在長距離的噪聲環(huán)境下，要想保證信號穩(wěn)定的傳輸，就必須對信號進行放大。電橋放大電路通常都分為兩大類，即單端輸入電路和差動輸入電路，傳感器所工作的環(huán)境往往都是較為復雜的，在其兩條輸出線路上也容易出現(xiàn)較大的干擾信號，要想對這些較大的干擾信號進行有效的抑制，僅僅采用單個的運放顯然是不夠的，所以，應(yīng)引入另一種形式的儀表放大器，也就是常說的測量放大器，其在傳感器的信號放大工作中得到了較為廣泛的運用。

在設(shè)計矢量水聲傳感器的信號處理電路時，采用的為AD公司的AD620，這是一款十分常見的儀用放大器，具有成本低廉、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便以及精確度高等優(yōu)點，通常情況下，其增益均為1-1000，采用一個結(jié)構(gòu)較為精密的電阻便可以實現(xiàn)對其的實時調(diào)節(jié)，AD620的耗電量也很低，其電源的輸入范圍通常在2.3V-18V的范圍內(nèi)，在便攜式的儀器中常常看到其應(yīng)用，并且也可用于電池供電，其具體的差分放大電路示意圖如圖1。

（4）濾波電路。通常情況下，輸入信號都是會疊加有不必要的頻率分量和噪聲的，那么在采樣信號時由于這些因素的存在，噪聲的分量就肯定是會產(chǎn)生誤差的。所以，在對濾波器進行設(shè)計時，為了保證設(shè)計的最終效果，就必須采取相應(yīng)的方法來盡可能地降低這些誤差。在輸入輸出通道中，為了將疊加在所需要信號上的不必要的頻率分量和噪聲有效消除，我們通常采用的方法就是安裝濾波器，在儀器儀表中，低通濾波器和帶通濾波器是我們普遍采用的，而我們在對矢量水聲傳感器的信號處理電路進行設(shè)計時，所選用的濾波電路為巴特沃斯壓控電壓源型二階低通濾波電路，其具體的示意圖如圖2。

（5）整體電路。在分別對電橋、差動輸入放大電路以及濾波電路設(shè)計完成后，便得到了矢量水聲傳感器信號處理電路的整體電路，如圖3。

2 矢量水聲傳感器的溫度補償設(shè)計

采用這一傳感器時，發(fā)現(xiàn)溫度對其是有很大的影響的，那么就應(yīng)對這一電路進行補償，其補償圖如圖4，借助于pn結(jié)的溫度特性原理，三極管Q1對傳感器的供電電源會進行溫度補償。這樣三極管Q1與電阻Rstc就形成了溫度補償電路，電阻Rstc可以很好的補償因為溫度而導致的靈敏度誤差。電橋的輸出電壓靈敏度漂移是具有負溫度系數(shù)的，為了將其有效的抵消，采用了晶體管基極一發(fā)射極間電壓Vbe的負溫度特性。另外，還應(yīng)將Rstc串聯(lián)到負反饋電阻上，從而取得增益正溫度特性的效果。在溫度不斷升高的情況下，電阻Rstc的阻值會越來越大，那么電橋VCCPIN3的電壓值就會越來越小，晶體管Q1此時會補償其電壓值的減小，從而實現(xiàn)了補償靈敏度溫度的效果。

3 矢量水聲傳感器信號處理電路的實現(xiàn)

通常情況下，為了保證信號處理電路的順利實現(xiàn)，普遍應(yīng)用的都是厚膜技術(shù)。與之前所采用的印刷電路板比較，厚膜技術(shù)具有多個方面的優(yōu)點，其重量輕并且體積小，成本低、操作方便并且可以自動實現(xiàn)微調(diào)；電路路徑更短，容易控制其寄生參數(shù)；同時金屬件的界面很少，具有較好的抗振動能力和抗沖擊能力。

通過以上的論述，對矢量水聲傳感器信號處理電路的設(shè)計、矢量水聲傳感器的溫度補償設(shè)計以及信號處理電路的實現(xiàn)三個方面的內(nèi)容進行了詳細的分析和探討。矢量水聲傳感器可以有效的測量聲場中的聲能流，并且在極其惡劣的環(huán)境下也可以進行目標探測工作，因此，應(yīng)充分的認識到其信號處理電路設(shè)計工作的重要性。我們所設(shè)計的這一矢量水聲傳感器的信號處理電路具有較多的優(yōu)點，如調(diào)節(jié)方便、靈敏度高、穩(wěn)定度高以及低頻特性好，大大地改善了矢量水聲傳感器信號的性能，取得了較為理想的效果。

參考文獻

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