水下目标监测装置

目前，应用于水下声波监测的装置普遍采用传统的声波产生原理产生探测声波，即：通过电磁线圈和永磁体的相互作用带动振动元件振动产生声波，在两个或更多声波相遇时，它们会彼此相加或减去，相互影响叠加，通过声波的干涉实现声波的合成。但是，传统阵列式发生器依赖机械结构，在体积结构、响应速度、能量损耗、控制精度方面存在固有短板。

对此，本成果突破性创新地提出了首款基于表面静电放电技术的水下智能声波合成和目标监测系统，开创性地将高能脉冲放电原理引入水声探测领域。该装置通过智能总控模块协同时序-位姿控制电路，精准调控多单元表面放电阵列的激发时序与空间位姿，利用静电放电瞬态热过程意效电-声转化特性，实现更为精确的水下三维声场的智能合成与定向增强，特别适用于浑浊水域及复杂海底地形环境，有望进一步提升海洋资源勘探、水下设施运维等场景的监测效率。

本成果主要结构包括总控制器、时序-位姿控制电路、声波合成装置和压电传感器，主要机制是静电放电，静电放电(Electrostatic Discharge)是具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移。静电放电可形成高电压、强电场和瞬时电脉冲，其中火花放电是带电体之间发生的通道单一的放电，有明亮的闪光和短促的爆裂声。在工作过程中，总控制器发送指令到时序-位姿控制电路，时序-位姿控制电路控制声波合成装置的沿面静电放电单元的偏转角度和放电时序，沿面静电放电单元放电产生声波向外传播；不同声波传播干涉形成特定方向、脉宽的声波探测信号；声波探测信号接触到水中物体后反射回波，压电传感器在声波信号覆盖范围内收到回波信号并反馈信号给总控制器，总控制器根据反馈信号分析水中物体的方向、距离信息，发出控制指令给时序-位姿控制模块，实时调整合成的声波探测信号的方向和脉宽。

图1.声波合成示意图