[發(fā)明專利]基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310020820.6
• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN115839998A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟祥梅;王景強(qiáng);李官保;董武文;闞光明
• 申請（專利權(quán)）人: 自然資源部第一海洋研究所;青島貝曼電子科技有限公司
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發(fā)明公開了一種基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)及裝置，涉及海底沉積物測量領(lǐng)域，此系統(tǒng)與上位機(jī)連接，上位機(jī)輸出控制信號；海底沉積物樣品放置在樣品聲學(xué)測試平臺(tái)上；本發(fā)明的信號發(fā)射采集單元根據(jù)控制信號輸出聲源信號；位移傳感器測量樣品的長度數(shù)據(jù)；多諧振點(diǎn)發(fā)射換能器根據(jù)聲源信號發(fā)射對應(yīng)頻率的超聲波信號；寬頻接收換能器與信號發(fā)射采集單元連接，并接收超聲波信號穿過海底沉積物樣品得到的樣品信號；上位機(jī)根據(jù)信號發(fā)射采集單元采集到的不同頻率的樣品信號和位移傳感器測得的樣品長度數(shù)據(jù)得到樣品不同頻率的聲速數(shù)據(jù)；研究海底沉積物樣品的聲速頻散特性不用更換不同頻率的換能器，提高了測試海底沉積物樣品的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海底沉積物測量領(lǐng)域，特別是涉及一種基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)及裝置。

背景技術(shù)

海底沉積物的研究在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防等領(lǐng)域具有重要的意義。目前海底沉積物的探測主要是以超聲波進(jìn)行聲學(xué)測量,通過沉積物中的聲速和聲衰減等聲學(xué)參數(shù)來研究沉積物的物理性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行海底沉積物樣品的聲速測試時(shí)，若要獲知海底沉積物樣品的聲速頻散特性，需要更換不同頻率的換能器，這大大降低了測試效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)及裝置，可提高對海底沉積物樣品的聲速測試效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)，所述基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)與上位機(jī)連接，所述上位機(jī)用于輸出控制發(fā)射不同頻率的超聲波信號的控制信號；海底沉積物樣品放置在樣品聲學(xué)測試平臺(tái)上；所述基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)包括：

位移傳感器，與所述上位機(jī)連接，且固定在所述樣品聲學(xué)測試平臺(tái)上，用于測量樣品長度數(shù)據(jù)且發(fā)送至所述上位機(jī)；

信號發(fā)射采集單元，與所述上位機(jī)連接，用于根據(jù)所述控制信號輸出聲源信號；

多諧振點(diǎn)發(fā)射換能器，與所述信號發(fā)射采集單元連接，用于根據(jù)聲源信號發(fā)射對應(yīng)頻率的超聲波信號；所述多諧振點(diǎn)發(fā)射換能器固定在所述樣品聲學(xué)測試平臺(tái)上；所述超聲波信號穿過所述海底沉積物樣品得到樣品信號；

寬頻接收換能器，與所述信號發(fā)射采集單元連接，且固定在所述樣品聲學(xué)測試平臺(tái)上，用于接收所述樣品信號并發(fā)送至所述信號發(fā)射采集單元；所述信號發(fā)射采集單元還用于將采集到的所述樣品信號發(fā)送至所述上位機(jī)，所述上位機(jī)用于根據(jù)所述樣品長度數(shù)據(jù)和樣品信號得到樣品聲速數(shù)據(jù)。

可選地，所述信號發(fā)射采集單元包括：

前置放大器，與所述寬頻接收換能器連接，用于放大所述樣品信號得到放大后的樣品信號；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與所述前置放大器連接，用于將放大后的樣品信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號形式的樣品信號；

控制板，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和所述上位機(jī)連接，用于采集所述數(shù)字信號形式的樣品信號并發(fā)送至所述上位機(jī)；所述上位機(jī)用于根據(jù)數(shù)字信號形式的樣品信號得到所述樣品聲速數(shù)據(jù)；所述控制板還用于根據(jù)所述控制信號輸出初始信號；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與所述控制板和多諧振點(diǎn)發(fā)射換能器連接，用于根據(jù)所述初始信號得到聲源信號，并將所述聲源信號發(fā)送至所述多諧振點(diǎn)發(fā)射換能器。

優(yōu)選地，所述控制板為FPGA控制板。

可選地，所述基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)還包括：

功率放大器，與所述信號發(fā)射采集單元和所述多諧振點(diǎn)發(fā)射換能器連接，用于提高聲源信號的質(zhì)量。

可選地，所述基于寬頻換能器的海底沉積物樣品聲速測試系統(tǒng)還包括：