CN115839998A - 基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***及装置 - Google Patents

基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***及装置,涉及海底沉积物测量领域,此***与上位机连接,上位机输出控制信号;海底沉积物样品放置在样品声学测试平台上;本发明的信号发射采集单元根据控制信号输出声源信号;位移传感器测量样品的长度数据;多谐振点发射换能器根据声源信号发射对应频率的超声波信号;宽频接收换能器与信号发射采集单元连接,并接收超声波信号穿过海底沉积物样品得到的样品信号;上位机根据信号发射采集单元采集到的不同频率的样品信号和位移传感器测得的样品长度数据得到样品不同频率的声速数据;研究海底沉积物样品的声速频散特性不用更换不同频率的换能器,提高了测试海底沉积物样品的效率。

Description

基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***及装置
技术领域
本发明涉及海底沉积物测量领域,特别是涉及一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***及装置。
背景技术
海底沉积物的研究在经济建设和国防等领域具有重要的意义。目前海底沉积物的探测主要是以超声波进行声学测量,通过沉积物中的声速和声衰减等声学参数来研究沉积物的物理性质和内部结构特征。
在实验室进行海底沉积物样品的声速测试时,若要获知海底沉积物样品的声速频散特性,需要更换不同频率的换能器,这大大降低了测试效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***及装置,可提高对海底沉积物样品的声速测试效率。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***与上位机连接,所述上位机用于输出控制发射不同频率的超声波信号的控制信号;海底沉积物样品放置在样品声学测试平台上;所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***包括:
位移传感器,与所述上位机连接,且固定在所述样品声学测试平台上,用于测量样品长度数据且发送至所述上位机;
信号发射采集单元,与所述上位机连接,用于根据所述控制信号输出声源信号;
多谐振点发射换能器,与所述信号发射采集单元连接,用于根据声源信号发射对应频率的超声波信号;所述多谐振点发射换能器固定在所述样品声学测试平台上;所述超声波信号穿过所述海底沉积物样品得到样品信号;
宽频接收换能器,与所述信号发射采集单元连接,且固定在所述样品声学测试平台上,用于接收所述样品信号并发送至所述信号发射采集单元;所述信号发射采集单元还用于将采集到的所述样品信号发送至所述上位机,所述上位机用于根据所述样品长度数据和样品信号得到样品声速数据。
可选地,所述信号发射采集单元包括:
前置放大器,与所述宽频接收换能器连接,用于放大所述样品信号得到放大后的样品信号;
模数转换器,与所述前置放大器连接,用于将放大后的样品信号进行模数转换得到数字信号形式的样品信号;
控制板,与所述模数转换器和所述上位机连接,用于采集所述数字信号形式的样品信号并发送至所述上位机;所述上位机用于根据数字信号形式的样品信号得到所述样品声速数据;所述控制板还用于根据所述控制信号输出初始信号;
数模转换器,与所述控制板和多谐振点发射换能器连接,用于根据所述初始信号得到声源信号,并将所述声源信号发送至所述多谐振点发射换能器。
优选地,所述控制板为FPGA控制板。
可选地,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括:
功率放大器,与所述信号发射采集单元和所述多谐振点发射换能器连接,用于提高声源信号的质量。
可选地,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括:
阻抗匹配,设置在所述功率放大器和所述多谐振点发射换能器之间,用于匹配所述功率放大器与所述多谐振点发射换能器之间的阻抗网络与纯电阻特性。
优选地,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括:
电源模块,与所述信号发射采集单元和功率放大器连接,用于给所述信号发射采集单元和功率放大器供电。
可选地,所述功率放大器通过两芯功率电缆与所述阻抗匹配连接。
可选地,所述阻抗匹配通过bnc电缆与所述多谐振点发射换能器连接。
可选地,所述宽频接收换能器通过bnc电缆与所述信号发射采集单元连接。
另一方面,为实现上述目的,本发明还提供了如下方案:
一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试装置,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试装置包括:
上述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***;
样品声学测试平台,用于放置海底沉积物样品;且所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***的多谐振点发射换能器及宽频接收换能器固定在样品声学测试平台上;
上位机,与所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***的信号发射采集单元连接,用于输出控制信号控制所述信号发射采集单元输出声源信号;所述声源信号用于使多谐振点发射换能器发射对应频率的超声波信号,所述超声波信号穿过所述海底沉积物样品得到样品信号;所述上位机根据所述信号发射采集单元采集的样品信号和所述位移传感器测量的样品长度数据得到样品声速数据。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***及装置中所述位移传感器和上位机连接,所述位移传感器测量海底沉积物样品的长度得到样品长度数据;所述信号发射采集单元与上位机连接,所述信号发射采集单元根据上位机输出的控制发射不同频率的超声波信号的控制信号输出声源信号;多谐振点发射换能器与所述信号发射采集单元连接,所述多谐振点发射换能器根据声源信号发射对应频率的超声波信号;所述多谐振点发射换能器固定在样品声学测试平台上;所述超声波信号穿过所述海底沉积物样品得到样品信号;所述宽频接收换能器与所述信号发射采集单元连接,所述宽频接收换能器接收所述样品信号;所述宽频接收换能器固定在所述样品声学测试平台上;进而所述信号发射采集单元采集所述样品信号;所述上位机根据样品信号和样品长度数据得到样品声速数据;研究海底沉积物样品的声速频散特性不用更换不同频率的换能器,提高了测试海底沉积物样品的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***的结构示意图。
符号说明:
上位机-1,海底沉积物样品-2,样品声学测试平台-3,信号发射采集单元-4,前置放大器-41,模数转换器-42,控制板-43,数模转换器-44,多谐振点发射换能器-5,宽频接收换能器-6,功率放大器-7,阻抗匹配-8,电源模块-9,位移传感器-10。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,提高对海底沉积物样品的声速测试效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,本发明基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***与上位机1连接,所述上位机1用于输出控制发射不同频率的超声波信号的控制信号;海底沉积物样品2放置在样品声学测试平台3上;所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***包括:位移传感器10、信号发射采集单元4、多谐振点发射换能器5和宽频接收换能器6。
所述位移传感器10与所述上位机1连接,所述位移传感器10固定在所述样品声学测试平台3上,所述位移传感器10用于测量海底沉积物样品2的长度得到样品长度数据且发送至所述上位机1。
所述信号发射采集单元4与所述上位机1连接,所述信号发射采集单元4用于根据所述控制信号输出声源信号。
所述多谐振点发射换能器5与所述信号发射采集单元4连接,所述多谐振点发射换能器5用于根据声源信号发射对应频率的超声波信号;所述多谐振点发射换能器5固定在所述样品声学测试平台3上;所述超声波信号穿过所述海底沉积物样品2得到样品信号。
所述宽频接收换能器6与所述信号发射采集单元4连接,所述宽频接收换能器6固定在所述样品声学测试平台3上;所述宽频接收换能器6用于接收所述样品信号并发送至所述信号发射采集单元4;所述信号发射采集单元4还用于将采集到的所述样品信号发送至所述上位机1,所述上位机1用于根据所述样品长度数据和样品信号得到样品声速数据。
可选地,所述位移传感器10通过数据线和所述上位机1连接。
优选地,所述信号发射采集单元4通过网线与所述上位机1连接。通过上位机1来控制超声波信号的发射、采集,及根据测试到的所述样品信号和长度进行预览、分析和数据保存等。此外,通过上位机1更改信号的发射频率,获知海底沉积物样品2的声速频散特性,无需更换不同频率的换能器,大大提高了测试效率。
可选地,所述宽频接收换能器6通过bnc(BayonetNeill-Concelman,尼尔-康塞曼卡口)电缆与所述信号发射采集单元4连接。所述bnc电缆具有结实耐用及载流量大的特点。
所述宽频接收换能器6具有高灵敏度的特点,其在接收来自多谐振点发射换能器5的信号时能够得到由上位机1软件设置的频率的信号,而压制其他谐振频率的信号。
进一步地,所述信号发射采集单元4包括:前置放大器41、模数转换器42、控制板43和数模转换器44。
所述前置放大器41与所述宽频接收换能器6连接,所述前置放大器41用于放大所述样品信号得到放大后的样品信号。
所述模数转换器42与所述前置放大器41连接,所述模数转换器42用于将放大后的样品信号进行模数转换得到数字信号形式的样品信号。
所述控制板43与所述模数转换器42和所述上位机1连接,所述控制板43用于采集所述数字信号形式的样品信号并发送至所述上位机1;所述上位机1用于根据数字信号形式的样品信号得到所述样品声速数据;所述控制板43还用于根据所述控制信号输出初始信号;
所述数模转换器44与所述控制板43和多谐振点发射换能器5连接,所述数模转换器44用于根据所述初始信号得到声源信号,并将所述声源信号发送至所述多谐振点发射换能器5。
优选地,所述控制板43为FPGA(FieldProgrammable GateArray,现场可编程逻辑门阵列)控制板。FPGA具有设计灵活、兼容性强、并行计算和适用便捷等特点,其内部设置数量丰富的输入输出单元引脚及触发器。
此外,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括功率放大器7。
所述功率放大器7与所述信号发射采集单元4和所述多谐振点发射换能器5连接,所述功率放大器7用于提高声源信号的质量。所述功率放大器7采用线性功率放大器7,具有干扰小、线性好、失真度小、稳定性高和频率范围宽等优点。
由于多谐振点发射换能器5为压电陶瓷换能器,其为电容式器件,为有效提高信号源对多谐振点发射换能器5的激发效率,改善多谐振点发射换能器5发出的超声波信号的幅度和质量,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括阻抗匹配8。
优选地,所述阻抗匹配8设置在所述功率放大器7和所述多谐振点发射换能器5之间,所述阻抗匹配8用于匹配所述功率放大器7与所述多谐振点发射换能器5之间的阻抗网络与纯电阻特性。
为了降低线路损耗,所述功率放大器7通过两芯功率电缆与所述阻抗匹配8连接。
优选地,所述阻抗匹配8通过bnc电缆与所述多谐振点发射换能器5连接。
优选地,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括电源模块9。
所述电源模块9与所述信号发射采集单元4和功率放大器7连接,所述电源模块9用于给所述信号发射采集单元4和功率放大器7供电。
所述电源模块9同时开设有电源输入接口,用于充电。
本发明还提供一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试装置,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试装置包括:上述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***、样品声学测试平台3和上位机1。
所述样品声学测试平台3用于放置海底沉积物样品2;且所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***的多谐振点发射换能器5及宽频接收换能器6固定在样品声学测试平台上。
所述上位机1与所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***的信号发射采集单元4连接;所述上位机1用于输出控制信号控制所述信号发射采集单元4输出声源信号;所述声源信号用于使多谐振点发射换能器5发射对应频率的超声波信号,所述超声波信号穿过所述海底沉积物样品2得到样品信号;所述上位机1根据所述信号发射采集单元4采集的样品信号和所述位移传感器10测量的样品长度数据得到样品声速数据。
同时,所述电源模块9还用于给所述上位机1供电。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***与上位机连接,所述上位机用于输出控制发射不同频率的超声波信号的控制信号;海底沉积物样品放置在样品声学测试平台上;所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***包括:
位移传感器,与所述上位机连接,且固定在所述样品声学测试平台上,用于测量海底沉积物样品的长度得到样品长度数据且发送至所述上位机;
信号发射采集单元,与所述上位机连接,用于根据所述控制信号输出声源信号;
多谐振点发射换能器,与所述信号发射采集单元连接,用于根据声源信号发射对应频率的超声波信号;所述多谐振点发射换能器固定在所述样品声学测试平台上;所述超声波信号穿过所述海底沉积物样品得到样品信号;
宽频接收换能器,与所述信号发射采集单元连接,且固定在所述样品声学测试平台上,用于接收所述样品信号并发送至所述信号发射采集单元;所述信号发射采集单元还用于将采集到的所述样品信号发送至所述上位机,所述上位机用于根据所述样品长度数据和样品信号得到样品声速数据。
2.根据权利要求1所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述信号发射采集单元包括:
前置放大器,与所述宽频接收换能器连接,用于放大所述样品信号得到放大后的样品信号;
模数转换器,与所述前置放大器连接,用于将放大后的样品信号进行模数转换得到数字信号形式的样品信号;
控制板,与所述模数转换器和所述上位机连接,用于采集所述数字信号形式的样品信号并发送至所述上位机;所述上位机用于根据数字信号形式的样品信号得到所述样品声速数据;所述控制板还用于根据所述控制信号输出初始信号;
数模转换器,与所述控制板和多谐振点发射换能器连接,用于根据所述初始信号得到声源信号,并将所述声源信号发送至所述多谐振点发射换能器。
3.根据权利要求2所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述控制板为FPGA控制板。
4.根据权利要求1所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括:
功率放大器,与所述信号发射采集单元和所述多谐振点发射换能器连接,用于提高声源信号的质量。
5.根据权利要求4所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括:
阻抗匹配,设置在所述功率放大器和所述多谐振点发射换能器之间,用于匹配所述功率放大器与所述多谐振点发射换能器之间的阻抗网络与纯电阻特性。
6.根据权利要求4所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***还包括:
电源模块,与所述信号发射采集单元和功率放大器连接,用于给所述信号发射采集单元和功率放大器供电。
7.根据权利要求5所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述功率放大器通过两芯功率电缆与所述阻抗匹配连接。
8.根据权利要求5所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述阻抗匹配通过bnc电缆与所述多谐振点发射换能器连接。
9.根据权利要求1所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***,其特征在于,所述宽频接收换能器通过bnc电缆与所述信号发射采集单元连接。
10.一种基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试装置,其特征在于,所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试装置包括:
权利要求1-9中任一项所述的基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***;
样品声学测试平台,用于放置海底沉积物样品;且所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***的多谐振点发射换能器及宽频接收换能器固定在样品声学测试平台上;
上位机,与所述基于宽频换能器的海底沉积物样品声速测试***的信号发射采集单元连接,用于输出控制信号控制所述信号发射采集单元输出声源信号;所述声源信号用于使多谐振点发射换能器发射对应频率的超声波信号,所述超声波信号穿过所述海底沉积物样品得到样品信号;所述上位机根据所述信号发射采集单元采集的样品信号和所述位移传感器测量的样品长度数据得到样品声速数据。
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