一种基于灯泡内爆的水下声源击发装置

1.本实用新型涉及水下声传播与通信技术研究，以及声学驱赶保护技术应用领域，尤其是涉及一种基于灯泡内爆的水下声源击发装置。


背景技术：

2.海洋经济的开发与利用对于人类的长远发展至关重要，预计到2030年全球海洋生产总值在总经济占比中将翻一番(相较2016年)。而在此过程中，采取有效、创新的手段认识海洋、探索海洋并进一步经略海洋具有重要的价值与意义。空气中更多使用光和电磁波作为信息传播的介质，而由于在水体环境下衰减慢，穿透性强等特征，声波成为海洋研究与调查中最为常用的手段，这其中，如何生成具备理想特征的水下声源是有效应用声波的前提。在水下声传播与通信技术研究中，通常需要利用一定强度的脉冲式声源来产生能够穿透海床并传播到远距离的宽带信号。另外，声学驱赶保护技术在海洋工程中用以减缓施工噪声对海洋哺乳动物伤害，该技术对强度可控且信号随机性强的驱赶声源同样提出了迫切的需求。
3.利用球形玻璃体的水下破碎内爆产生脉冲信号，已在实践中得到应用。例如，美国的urick曾利用玻璃瓶产生水下内爆声源；中国科学院声学研究所利用特别制作的、直径20cm或10cm的真空玻璃球(仍称其为灯泡)的内爆来生成脉冲信号，在声学试验中用以校准水声接收阵的形状。然而，以上的灯泡内爆声源生成方式均存在不足。urick使用的玻璃瓶以及中科院声学所使用的玻璃球都需要特别定制，成本高且并不易得，难以在实际中广泛应用。而白炽灯泡是日常使用的球形玻璃体，其内抽取真空以保证灯丝不被氧化。在受力破碎后会因为压差的变化而瞬间内爆产生声音，是理想的水下脉冲声源生成材料之一。


技术实现要素：

4.本实用新型目的是针对现有技术存在的上述问题，提供成本低、结构简易且便于安装，通过调整灯泡数量，可实现对脉冲信号声源强度控制的一种基于灯泡内爆的水下声源击发装置，高效便捷地为水下声通信技术研究及声学驱赶技术应用提供较强度可控且宽频带的水下声源。
5.本实用新型由布放粗绳、牵引小绳、支架、弹簧、下活动金属板、击碎尖锥、白炽灯泡、连接架、螺母以及上固定金属板组成；
6.所述上固定金属板、下活动金属板的中心均设中心圆孔，中心圆孔用于布放粗绳，粗绳固定在上固定金属板上，同时穿过下活动金属板的中心圆孔；所述上固定金属板距圆心一定距离处开设一小孔，牵引小绳穿过该小孔后分为两股，分别固定于下活动金属板两侧边缘；所述上固定金属板、下活动金属板的边缘分别对称设4个孔，用于安放支架；所述支架的上下两端均设有螺纹，通过螺母将上固定金属板固定于支架上端，通过弹簧与螺母将下活动金属板初始时限位于支架下端；所述弹簧安装于支架上，弹簧上端由空心铆钉固定住，弹簧下端延伸至下活动金属板面板上端；所述连接架与支架相连，白炽灯泡通过连接架
固定于支架上，所述击碎尖锥焊接固定在下活动金属板上，击碎尖锥用于冲击并引起灯泡的内爆，击碎尖锥的数量和位置与白炽灯泡的数量和位置相对应。
7.优选的，所述布放粗绳由直径10mm的凯夫拉绳构成，并通过铆钉固定在上固定金属板上；所述牵引小绳由直径5mm的尼龙绳构成。
8.优选的，所述上固定金属板与下活动金属板均由直径30cm、厚5mm的不锈钢圆盘构成。上固定金属板与下活动金属板的中心圆孔的直径可为15mm，以便通过布放粗绳；用于安放支架的4个孔的直径10mm。所述所述上固定金属板距圆心一定距离处开设一小孔，可在上固定金属板距圆心15cm处打一直径为10mm小孔，以便牵引小绳通过；所述牵引小绳固定于下活动金属板两侧边缘，可在下活动金属板距圆心10cm处对称打入两枚铆钉，以固定牵引小绳；所述击碎尖锥可设在距圆心20cm处。
9.优选的，所述支架由4根直径8mm的实心不锈钢棒组成。
10.优选的，所述弹簧由4枚线径1mm、内径12mm的不锈钢轻质弹簧组成；弹簧的劲度系数为500n/m，以防止因海流扰动等因素意外触发击碎装置，同时保证击碎灯泡所需提升力不超过150n。
11.优选的，所述白炽灯泡由高强度不锈钢连接架固定于支架上。灯泡安装数量根据所需声源强度而确定，声源强度与灯泡数量关系为sl 20*log(n)，式中n为灯泡数量，sl为单枚灯泡水下内爆的声源级，由具体的灯泡类型确定。
12.使用时，将本实用新型由布放粗绳下放至水面以下设定深度，操作人员通过牵引小绳提升下活动金属板，使板上的击碎尖锥冲击安装在支架上的白炽灯泡，此时灯泡破碎进而产生脉冲信号并向周围水体辐射。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
14.1、本实用新型装置结构简单，便于安装。
15.2、以普通白炽灯泡为产生声源的材料，应用成本低，且信号具有宽频带特征。
16.3、通过调整白炽灯泡数量，实现了对声源强度的有效控制。
附图说明
17.图1为本实用新型装置的结构示意图。
18.图2为本实用新型装置的布放示意图。
19.图3为单枚a19型灯泡水下18.3m内爆后产生的信号频域分布。
具体实施方式
20.下面通过具体实施例对本实用新型进行详细说明。
21.如图1所示，本实用新型所述的一种基于灯泡内爆的水下声源击发装置，由布放粗绳1、牵引小绳2、支架3、铆钉4、弹簧5、下活动金属板6、击碎尖锥7、白炽灯泡8、连接架9、螺母10以及上固定金属板11构成。
22.布放粗绳1由直径10mm的凯夫拉绳构成。布放粗绳通过铆钉4固定在上固定金属板11上，同时穿过下活动金属板6中心圆孔；牵引小绳由直径5mm的尼龙绳构成，穿过上固定金属板11开设的小孔后分为两股，分别固定于下活动金属板6的两侧边缘。
23.上固定金属板11与下活动金属板6均由直径30cm，厚5mm的不锈钢圆盘构成。两金
属板中心打孔，直径为15mm，以便通过布放粗绳1；边缘对称打4孔，直径10mm，以便安放支架3。另外，在上固定金属板11距圆心15cm处打一直径为10mm小孔，以便牵引小绳通过；下活动金属板6距圆心10cm处对称打入两枚铆钉，以便固定牵引小绳，距圆心20cm处焊接由铸铁制成的击碎尖锥7。
24.支架3由4根直径8mm的实心不锈钢棒组成，其上下两端丝刻螺纹。通过螺母10将上固定金属板11固定于支架上端，通过弹簧5与螺母将下活动金属板6初始时限位于支架下端。
25.弹簧5由4枚线径1mm，内径12mm的不锈钢轻质弹簧组成。每根弹簧劲度系数为500n/m，以防止因海流扰动等因素意外触发击碎装置，同时保证击碎灯泡所需提升力不超过150n。弹簧安装于4根支架上，弹簧上端由空心铆钉固定住，下端延伸至下活动金属板上部。
26.白炽灯泡8由高强度不锈钢连接架9固定于支架3上。灯泡安装数量根据所需的声源强度确定，最多可安装4枚白炽灯泡。其中，该装置的声源强度与灯泡数量关系为sl 20*log(n)，式中n为灯泡数量，sl为单枚灯泡内爆水下声源级，由所用白炽灯泡的型号决定。击发时，船上的操作人员瞬间提升牵引小绳2将下活动金属板6升起，从而使焊接在板上的击碎尖锥7冲击灯泡，此时灯泡破碎内爆并向周围水体辐射脉冲信号。
27.图2给出本实用新型装置的布放示意图，使用时，首先根据水下声传播实验或声驱赶应用具体需求确定安装的灯泡数量，最大安装数量为4枚。其中，装置的声源强度与灯泡数量关系为sl 20*log(n)，式中n为灯泡数量，sl为单枚灯泡内爆水下声源级，由所用白炽灯泡型号决定；安装好灯泡后，如图2所示，将本实用新型装置通过布放粗绳由布放船下放至水面以下某一深度处，并通过装置底部的重锤块加以稳定；布放好装置后，操作人员于布放船上拉起牵引小绳，将初始由弹簧限位于底部的下活动金属板升起，从而引发击碎尖锥冲击通过连接架安装于支架上的白炽灯泡。此时，灯泡瞬间被击碎而内爆产生脉冲信号，并向周围水体辐射。
28.图3给出单枚a19型灯泡在水下18.3m处内爆后产生的信号频域分布。利用内爆信号对施工海域内的海洋哺乳动物进行驱赶后，等待一定的时间以给予动物逃离，而后进行正式的海洋工程施工操作。
29.上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。