解決方案 | 聲納探測器 低噪運放破解水下探測難題

聲納探測器解決方案

總述：

聲納探測器是一種利用聲波在水下傳播特性來探測目標的設備。它通過發(fā)射聲波，然后接收目標反射回來的回波，根據回波的時間、頻率和幅度等信息，確定目標的位置、形狀、大小和運動狀態(tài)等參數。聲納探測器廣泛應用于海洋探測、水下導航、軍事偵察、漁業(yè)捕撈等領域，是人類探索和利用海洋資源、保障水下安全的重要工具 。

一、技術瓶頸亟待突破

海洋環(huán)境復雜多變，溫度、鹽度、水流等因素會影響聲波傳播，導致信號衰減、折射和散射，降低探測精度與可靠性。例如在深海熱液區(qū)，高溫會極大改變聲波傳播特性，干擾探測。

不同目標聲學特性差異大，小目標回波信號弱，難以捕捉和識別；且部分目標會采取降噪措施，增加探測難度。像靜音潛艇，其低輻射特征讓聲納探測變得棘手。

現有技術在分辨率、探測范圍和實時性方面存在局限。如傳統聲納難以同時兼顧大范圍搜索與高分辨率成像，數據處理速度也制約實時監(jiān)測能力，無法快速精準分析大量回波數據。

二、芯佰微解決方案

面對聲納探測器的復雜環(huán)境干擾、目標特性差異及技術局限等挑戰(zhàn)，芯佰微積極應對。推出如下幾款產品，為聲納探測器性能提升提供有力支持。

Amp（運算放大器）

運算放大器在聲納探測器中發(fā)揮著關鍵作用。它能夠放大聲納接收到的微弱信號，提升信號強度，便于后續(xù)處理；

ADC（高精度模數轉換器）

ADC（模擬數字轉換器）在聲納探測器中有著不可或缺的作用。聲納探測器接收的聲波信號是連續(xù)的模擬信號，ADC 能將這些模擬信號轉換為數字信號 。數字信號更便于后續(xù)數字電路進行處理、存儲和分析，極大提高了信號處理的準確性和穩(wěn)定性。

如下是聲納探測器應用框圖：

**Amp推薦CBM8656；

**ADC推薦CBM79AD60G；

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芯佰微對此恒溫器方案推出了以下產品：

CBM8656是一款運算放大器，具備以下特性參數優(yōu)勢：

• 低噪聲：輸入信號頻率在10kHz時，噪聲僅為 2.7nV/√Hz，在對信號純度要求高的應用中表現出色，如音頻處理、傳感器信號放大等。
• 高直流精度：能夠實現高直流精度，對于數據采集、過程控制和 PLL 濾波器等應用，可確保數據準確性和可靠性。
• 低失真度：總諧波失真加噪聲（THD+N）僅為 0.0007%，放大信號時幾乎不引入額外失真，能保持信號原始質量。
• 軌到軌輸入和輸出：作為電壓反饋型軌到軌輸入和輸出精密運算放大器，可處理接近電源軌的信號，提高了動態(tài)范圍和信號處理能力。
• 失調電壓漂移低：失調電壓漂移典型值為4 μV/°C，最大值為 2.3μV/°C，在溫度變化環(huán)境中能保持穩(wěn)定性能。
• 帶寬較大：增益帶寬積為 28MHz，轉換速率為 11V/μs，能夠快速響應信號變化。
• 溫度適應性強：額定溫度范圍為?40°C 至 + 125°C，可在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，適用于汽車電子、工業(yè)控制等領域。

CBM79AD60G是一款高精度ADC，具備以下特性參數優(yōu)勢：

• 高分辨率：作為18位的模數轉換器，能夠提供高精度的模數轉換，量化誤差極小，在醫(yī)療設備、精密儀器等對精度要求高的領域表現出色。
• 高速采樣率：采樣率高達 5MSPS，可快速響應輸入信號變化，適用于高速數據采集和實時信號處理，能確保數據不丟失，提升處理效率和實時性。
• 低功耗設計：總功耗僅5mW，有助于減少系統能耗，在便攜式設備和電池供電應用中優(yōu)勢明顯，且發(fā)熱量低，可提高系統穩(wěn)定性和可靠性。
• 內置轉換時鐘產生電路：減少外部組件需求，使系統設計更為簡潔，降低成本并降低復雜性，同時確保提供穩(wěn)定的時鐘信號，從而保障模數轉換的精準度和一致性。
• 誤差校正電路：可自動校正轉換誤差，進一步提高轉換精度，增強系統可靠性，使其在不理想工作條件下也能穩(wěn)定工作。
• 良好的交流和直流特性：具備100dB的動態(tài)范圍，99dB的信噪比，115dB的無雜散動態(tài)范圍，以及-117dB的總諧波失真，加之微小的線性誤差和微分誤差，共同確保了信號轉換的高品質。
• 差分模擬輸入范圍寬：允許±VREF內的任何輸入范圍，VREF最大值 5V，典型值 4.096V~5V，可靈活適應不同的輸入信號。
• 小型封裝與通用性強：采用 QFN-32(5x5) 小型封裝，節(jié)省空間且便于集成，可廣泛應用于通信、工業(yè)控制、醫(yī)療設備等領域，用戶還可根據需求靈活配置。

三、應用場景

芯佰微依托深厚的專業(yè)技術研發(fā)實力，精心推出的一系列電子產品，不僅性能強勁，還具備出色的適配性，在水下救援、水下工程以及水下科學研究等諸多領域發(fā)揮著至關重要的推動作用 。

（一）水下救援領域：

在水下救援行動中，聲納探測器可用于尋找溺水者、潛水員和其他水下人員的方位和位置。通過發(fā)射聲波并接收反射回來的聲波，確定被困者的位置和狀態(tài)等信息，為救援行動提供重要支持。

（二）水下工程領域：

在建設水下橋梁、隧道、港口等基礎設施時，聲納探測器可用于檢測水下地形、地質條件和障礙物，為工程設計和施工提供準確的數據支持，從而確保工程的安全性和順利進行。

（三）科學研究領域：

海洋生物學家使用聲納來研究海豚、鯨魚等海洋哺乳動物的行為和生態(tài)習性，通過分析它們發(fā)出的聲波信號，了解其活動規(guī)律、群體結構、遷徙路線等。此外，聲納技術還可用于研究海洋中的其他生物和非生物過程。