新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于聲速測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，主要有以下兩種測量裝置用于海底沉積物聲速測量:一種是國家海洋局一所在海底沉積物聲學(xué)特性研宄中利用WSD-3數(shù)字聲波儀構(gòu)建了聲速測量裝置，另一種是廣東工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院和中科院南海海洋研宄所共同開發(fā)了一種基于聲波探針的海底沉積物聲速測量裝置。下面對上述兩種聲速測量裝置分別進(jìn)行說明:
[0003]以WSD-3數(shù)字聲波儀構(gòu)建的聲速測量裝置，采用的是脈沖前沿檢測的時延估計方法。其發(fā)射換能器頻率分別為25kHz，50kHz、10kHz、150kHz、200kHz、250kHz六種，聲學(xué)特性測試所用樣品的長度用游標(biāo)卡尺測量，精度為0.1_。重力式取樣管獲得的樣品直徑104mm,長度介于500?3000mm之間，平均長度1093mm。該測量裝置的優(yōu)點是:樣品長度大，對長度測量裝置精度要求低，結(jié)構(gòu)簡單；該測量裝置的缺點是:換能器小，工作頻率低，樣品長度過大，測量結(jié)果為各層沉積物聲速的綜合結(jié)果，影響測量。
[0004]基于聲波探針的海底沉積物聲速測量裝置所采用的發(fā)射換能器頻率40kHz，樣品長度300mm。該測量裝置的缺點是:聲波探針靈敏度低，對樣品有額外的擾動；頻率低，介質(zhì)內(nèi)聲場復(fù)雜。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有的海底沉積物聲速測量裝置主要存在以下問題:(1)采用了平面發(fā)射換能器，但是沒有考慮到聲波頻率、發(fā)射束寬和樣品尺寸之間的關(guān)系；發(fā)射束寬相對于樣品尺寸普遍過大，聲波在樣品邊界形成反射，導(dǎo)致接收波形雜亂無章。(2)時延估計采用檢測首波到達(dá)時間的方法，一方面，受系統(tǒng)帶寬、相移的影響，首波容易被漏檢，從而造成時延測量的誤差；另一方面，首波的檢測主要依靠人的觀測，難以實現(xiàn)自動檢測。(3)由于目前國內(nèi)異形換能器的制造工藝依然不是非常成熟，異形換能器的價格和性能仍無法滿足實用的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)緊湊、測量精度高且使用方便的新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)。
[0007]本實用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)，包括底座、垂直支架、手搖柄、精密滾珠絲杠、線性滑塊、接收換能器支架、接收換能器、發(fā)射換能器支架、發(fā)射換能器、測距傳感器和測量儀表，垂直支架和發(fā)射換能器支架安裝在底座上，發(fā)射換能器安裝在發(fā)射換能器支架上，精密滾珠絲杠安裝在垂直支架上，手搖柄安裝在精密滾珠絲杠的頂端，該手搖柄與測距傳感器相連接并驅(qū)動測距傳感器圍繞精密滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，線性滑塊可上下滑動安裝在精密滾珠絲杠上，接收換能器支架水平安裝在線性滑塊的外側(cè)，所述的接收換能器安裝在接收換能器支架的底部，在接收換能器與發(fā)射換能器之間安裝有沉積物樣品管，該沉積物樣品管的底部嵌裝在發(fā)射換能器支架內(nèi)；所述的測量儀表包括信號處理模塊、DA模塊、光耦隔離模塊、功放模塊、放大濾波模塊、AD模塊和數(shù)顯裝置，該信號處理模塊通過DA模塊、光耦隔離模塊、功放模塊與發(fā)射換能器相連接，該信號處理模塊通過AD模塊、放大濾波模塊與接收換能器相連接，該信號處理模塊還與測距傳感器及數(shù)顯裝置相連接。
[0009]而且，在發(fā)射換能器支架的底部側(cè)壁上安裝有一排水龍頭。
[0010]而且，所述的發(fā)射換能器采用窄波束的發(fā)射換能器。
[0011]而且，所述的測距傳感器采用的是光電編碼器。
[0012]而且，所述沉積物樣品管直徑為73mm，沉積物樣品管長度為50?200mm，接收換能器與發(fā)射換能器平面相對夾角不大于0.1度。
[0013]本實用新型的優(yōu)點和積極效果是:
[0014]1、本實用新型將沉積物樣品管垂直設(shè)置接收換能器和發(fā)射換能器之間，采用測距傳感器測量發(fā)射換能器和接收換能器之間的準(zhǔn)確距離并通過信號處理模塊進(jìn)行聲速計算，在保證距離測量精度的前提下減小了樣品長度。
[0015]2、本實用新型采用窄波束的發(fā)射換能器，采用較低的工作頻率，減小介質(zhì)吸收損失，保證接收信號質(zhì)量，減小介質(zhì)分層對聲速測量的影響。
[0016]3、本實用新型在進(jìn)行測量時，不會破壞沉積物樣品管中的樣品。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是測量儀表的電路方框圖；
[0019]圖1中，1-手搖柄，2-精密滾珠絲杠，3-線性滑塊，4-接收換能器支架，5-接收換能器，6-沉積物樣品管，7-發(fā)射換能器支架，8-排水龍頭，9-發(fā)射換能器，10-底座，11-垂直支架，12-測距傳感器，13-測量儀表。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對本實用新型實施例做進(jìn)一步詳述:
[0021]一種新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)，如圖1所示，包括底座10、垂直支架11、手搖柄1、精密滾珠絲杠2、線性滑塊3、接收換能器支架4、接收換能器5、發(fā)射換能器支架7、發(fā)射換能器9、測距傳感器12和測量儀表13。所述的垂直支架和發(fā)射換能器支架安裝在底座上，所述的發(fā)射換能器安裝在發(fā)射換能器支架上，所述精密滾珠絲杠安裝在垂直支架上，所述的手搖柄安裝在精密滾珠絲杠的頂端，該手搖柄與測距傳感器相連接并驅(qū)動測距傳感器圍繞精密滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，所述的線性滑塊可上下滑動安裝在精密滾珠絲杠上，所述的接收換能器支架水平安裝在線性滑塊的外側(cè)，所述的接收換能器安裝在接收換能器支架的底部，在接收換能器與發(fā)射換能器之間安裝有沉積物樣品管6，該沉積物樣品管的底部嵌裝在發(fā)射換能器支架內(nèi)，在發(fā)射換能器支架的底部側(cè)壁上安裝有一排水龍頭8，水龍頭用來排出樣品管流出的水。所述的測量儀表分別與接收換能器、發(fā)射換能器以及測距傳感器相連接。
[0022]在本實施例中，測距傳感器采用的是光電編碼器，在測量時，通過手搖柄將測距傳感器旋轉(zhuǎn)至線性滑塊的上方，該光電傳感器可以精確測量線性滑塊移動位移，從而測定發(fā)射換能器和接收換能器之間的準(zhǔn)確距離。接收換能器支架隨線性滑塊上下滑動，根據(jù)沉積物樣品管的長度，調(diào)節(jié)接收換能器和發(fā)射換能器之間的距離。發(fā)射換能器采用窄波束的發(fā)射換能器，能夠減小介質(zhì)分層對聲速測量的影響。
[0023]在本實施例中，所述的沉積物樣品管直徑為73mm，沉積物樣品管長度為50?200mm，接收換能器與發(fā)射換能器平面相對夾角不大于0.1度。所述的精密滾珠絲杠導(dǎo)程5mm，精密滾珠絲杠定位精度0.02mm，距離測量誤差小于0.05mm。
[0024]如圖2所示，所述的測量儀表包括信號處理模塊、DA模塊、光耦隔離模塊、功放模塊、放大濾波模塊、AD模塊，該信號處理模塊通過DA模塊、光耦隔離模塊、功放模塊與發(fā)射換能器相連接，該信號處理模塊通過AD模塊、放大濾波模塊與接收換能器相連接，該信號處理模塊還與測距傳感器及數(shù)顯裝置相連接。本測量儀表以信號處理模塊為核心，信號處理模塊將預(yù)設(shè)的數(shù)字信號脈沖發(fā)送給DA模塊，同時控制AD模塊開始采集信號；DA模塊將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)光耦隔離模塊傳遞給功放模塊，功放模塊將弱電壓信號放大為高電壓高電流的信號推動發(fā)射換器發(fā)出聲信號脈沖；接收換能器將聲信號脈沖轉(zhuǎn)換為微弱電信號經(jīng)過放大濾波模塊進(jìn)行放大并濾掉帶外噪聲，后通過AD模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號得到發(fā)射換能器和接收換能器之間的準(zhǔn)確距離。信號處理模塊在測量到距離后，再雙頻CW脈沖的時延測量方法計算得到發(fā)射到接收的時延值(收發(fā)波形的時間差)，最后通過聲速、距離和時間的關(guān)系，計算得到沉積物聲速。
[0025]需要強調(diào)的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)，其特征在于:包括底座、垂直支架、手搖柄、精密滾珠絲杠、線性滑塊、接收換能器支架、接收換能器、發(fā)射換能器支架、發(fā)射換能器、測距傳感器和測量儀表，垂直支架和發(fā)射換能器支架安裝在底座上，發(fā)射換能器安裝在發(fā)射換能器支架上，精密滾珠絲杠安裝在垂直支架上，手搖柄安裝在精密滾珠絲杠的頂端，該手搖柄與測距傳感器相連接并驅(qū)動測距傳感器圍繞精密滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，線性滑塊可上下滑動安裝在精密滾珠絲杠上，接收換能器支架水平安裝在線性滑塊的外側(cè)，所述的接收換能器安裝在接收換能器支架的底部，在接收換能器與發(fā)射換能器之間安裝有沉積物樣品管，該沉積物樣品管的底部嵌裝在發(fā)射換能器支架內(nèi)；所述的測量儀表包括信號處理模塊、DA模塊、光耦隔離模塊、功放模塊、放大濾波模塊、AD模塊和數(shù)顯裝置，該信號處理模塊通過DA模塊、光耦隔離模塊、功放模塊與發(fā)射換能器相連接，該信號處理模塊通過AD模塊、放大濾波模塊與接收換能器相連接，該信號處理模塊還與測距傳感器及數(shù)顯裝置相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)，其特征在于:在發(fā)射換能器支架的底部側(cè)壁上安裝有一排水龍頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的發(fā)射換能器采用窄波束的發(fā)射換能器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的測距傳感器采用的是光電編碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)，其特征在于:所述沉積物樣品管直徑為73mm，沉積物樣品管長度為50?200mm，接收換能器與發(fā)射換能器平面相對夾角不大于0.1度。
【專利摘要】本實用新型涉及一種新型基于海底沉積物的聲速測量系統(tǒng)，其主要技術(shù)特點是：包括底座、垂直支架、手搖柄、精密滾珠絲杠、線性滑塊、接收換能器支架、接收換能器、發(fā)射換能器支架、發(fā)射換能器、測距傳感器和測量儀表，測量儀表包括信號處理模塊、DA模塊、光耦隔離模塊、功放模塊、放大濾波模塊、AD模塊和數(shù)顯裝置，該信號處理模塊通過DA模塊、光耦隔離模塊、功放模塊與發(fā)射換能器相連接，該信號處理模塊通過AD模塊、放大濾波模塊與接收換能器相連接。本實用新型在保證距離測量精度的前提下減小了樣品長度，具有設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)緊湊、測量精度高且使用方便等特點。
【IPC分類】G01N29-07
【公開號】CN204462081
【申請?zhí)枴緾N201520036853
【發(fā)明人】王川, 趙先龍, 陳陽, 孫磊, 鄧玉芬, 阮銳
【申請人】中國人民解放軍92859部隊
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年1月20日