[發(fā)明專利]一維聲速剖面儀及三維空間聲速測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410560704.4
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN104266738A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史先鵬;范磊;楊志國;高翔;王志毅
• 申請（專利權(quán)）人: 國家深海基地管理中心
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 邵新華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聲速剖面儀，具體地說，是涉及一種能夠快速精確測量目標空間各點聲速的聲速剖面儀及聲速測量方法。

背景技術(shù)

各種水下測距、測流速、測流量、成像和導(dǎo)航等領(lǐng)域一般采用聲學(xué)原理進行測量，因此，必須準確獲知空間各點聲速是進行各種測量的前提，在海洋測量中更加復(fù)雜，由于海水的溫度、鹽度、深度直接影響聲速，現(xiàn)有采用溫鹽深儀（CTD）間接應(yīng)用于聲速測量，把儀器所在點的溫度、鹽度、深度參數(shù)通過經(jīng)驗公式換算求得儀器所在點聲速。由于經(jīng)驗公式不適用于高溫（100℃以上）高壓液體以及海水以外組分流體的聲速計算，其計算精度不理想。

現(xiàn)有采用聲學(xué)原理直接測量方法進行聲速測量的聲學(xué)剖面儀，通過在已知距離內(nèi)聲學(xué)換能器向反射裝置發(fā)射聲音信號，并接受反射信號，測量信號從聲學(xué)換能器發(fā)出到反射裝置反射回聲學(xué)換能器的時間，可以用距離-速度公式直接計算得到聲速值，但是目前的聲速剖面儀為單點式，若想測量目標空間一維聲速梯度場，需要每測量一個點，將反射裝置移動至下一位置，重復(fù)執(zhí)行一次測量過程，直至測量完所有目標采樣點。這種測量方式測量效率低，而且在反射裝置移動過程中，無法保證每次移動距離的精確度，因此相應(yīng)的測量精度較低。而進行三維空間聲速測量時，效率更低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有聲速剖面儀無法直接對測量目標一維空間各點聲速同時進行測量的問題，提出了一種一維聲速剖面儀，可以同時測量一維空間各點聲速值。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種一維聲速剖面儀，包括聲學(xué)換能器、若干個反射板、以及用于支撐所述反射板的支架，且反射板的反射面與所述聲學(xué)換能器的中軸線垂直，各反射板在所述聲學(xué)換能器表面上的投影不受所述支架和其他反射板的遮擋。

進一步的，為了方便測量，所述反射板的支架空間結(jié)構(gòu)保證各反射板在所述換能器表面上的投影不受反射板支架和其他反射板的遮擋，所述支架為圓錐螺旋線結(jié)構(gòu)，所述反射板固定于所述螺旋線上。

進一步的，為了防止位于后方的反射板的反射信號旁瓣被位于前方的反射板的背面反射回，造成回波干擾，所述的反射板的背面設(shè)有一層吸聲層。

又進一步的，為了能夠得到三維的聲速場，還包括驅(qū)動裝置，所述的聲學(xué)換能器與所述驅(qū)動裝置的動力輸出軸連接，所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述聲學(xué)換能器在與聲學(xué)換能器的表面平行的平面上運動。

優(yōu)選的，所述的支架為形狀和性能受環(huán)境變化影響小的材質(zhì)，如316鋼，海軍青銅等。

基于上述的一種一維聲速剖面儀，本發(fā)明同時提供了一種三維空間聲速測量方法，包括前面任一項所述的一維聲速剖面儀，所述的三維空間聲速測量方法包括以下步驟，

（1）、聲學(xué)換能器沿所述聲學(xué)換能器面軸向發(fā)射脈沖時長為△t的聲音信號，并記錄時刻T₀；

（2）、記錄各反射板所反射的信號到達聲學(xué)換能器的時刻，分別為T₁，T₂，T₃…；

（3）、計算距離聲學(xué)換能器最近的反射板至聲學(xué)換能器區(qū)間段的聲速：

;

以及計算其他反射板距離其前一反射板區(qū)間段的聲速：

；

上述得到一維聲速值，其中，d₀為距離聲學(xué)換能器最近的反射板至聲學(xué)換能器的距離，d_i為第i個聲學(xué)換能器距離其前一個聲學(xué)換能器的距離。

進一步的，在所述步驟（3）之后，還包括：

（4）、驅(qū)動裝置驅(qū)動所述聲學(xué)換能器在與所述聲學(xué)換能器的表面的平行的平面上進行二維運動，得到三維聲速場。

又進一步的，所述步驟（1）中，聲學(xué)換能器沿所述圓錐螺旋線軸向連續(xù)發(fā)射載波頻率分別為f1，f2，f3…的聲音信號，各頻段信號脈沖時長為△t，并分別記錄時間t₀，t’₀，t’’₀…；

（2）、記錄各反射板所反射的各頻段信號到達聲學(xué)換能器的時間，分別為

T₁，T₂，T₃…；

T’₁，T’₂，T’₃…；

T’’₁，T’’₂，T’’₃…；