本文關鍵詞：參量陣淺地層剖面技術研究

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【摘要】：參量發(fā)射陣能以較小的換能器尺寸實現(xiàn)低頻、窄波束、低旁瓣發(fā)射聲波,在淺地層剖面研究中,對于對換能器尺寸有嚴格要求的情況下是一種優(yōu)良選擇。本文從非線性聲學原理出發(fā),結合參量發(fā)射陣技術設計參量陣淺地層剖面儀,應用于淺地層掩埋管線探測。在討論了參量陣的形成機理的基礎上推導得到差頻波的聲壓表達式,增益表達式和指向性表達式,得出應用于寬帶參量陣模型的差頻聲壓值與包絡函數(shù)平方的二階偏導成正比的結論,并對不同包絡信號條件下的差頻特性進行了仿真,為系統(tǒng)設計打下基礎。系統(tǒng)硬件設計部分分五個功能電路進行介紹。電源板介紹了系統(tǒng)的供電設計,測試輸出得到各電路工作需要的穩(wěn)定直流電壓;發(fā)射板介紹了信號的形式,信號的單片機產生,發(fā)射信號經驅動電路被D類功放電路放大供給換能器,儲能電容為發(fā)射供能的設計,測試得到發(fā)射信號聲源級225.6d B,輸出電功率720.4W;接收板介紹了可變增益放大電路、固定增益放大電路、以及無源濾波器的設計,測試得到可變增益輸出范圍-8d B~72d B,固定增益輸出20.8d B;數(shù)字信號處理板設計介紹了DSP的最小系統(tǒng)設計,利用DSP的ADC外設對回波信號進行采樣,從XINTF接口擴展內存,擴展網口實現(xiàn)與上位機的通信,以及對發(fā)射的同步控制和接收機的增益控制設計。系統(tǒng)設計滿足參量陣淺剖儀的工作需要。參量陣淺剖儀軟件設計主要介紹了軟件的功能流程和信號處理流程,并對軟件中的核心算法模塊進行設計說明。算法包括帶通FIR濾波器、包絡檢波、抽取壓縮、觸底檢測、TVG補償?shù)葞讉€主要模塊。完成了對參量陣淺剖儀的運行控制。水池試驗對參量陣淺剖儀產生的差頻信號特性進行了測試,得到原頻聲源級226d B,差頻聲源級169.9d B,原頻波-3d B開角2.9°,差頻波-3d B開角3.5°,適當展寬,差頻轉換效率0.16%,差頻增益-56.1d B,與理論基本相符。
【關鍵詞】：參量陣淺剖儀 硬件設計 軟件設計 差頻信號特性
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB565
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 前言11-17
• 1.1 本文研究的背景與意義11-12
• 1.2 淺剖儀的發(fā)展與研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 論文的主要研究內容14-15
• 1.4 論文的預期成果15-17
• 第二章 參量發(fā)射陣原理17-37
• 2.1 非線性聲學17-20
• 2.1.1 連續(xù)性方程18
• 2.1.2 運動方程18-19
• 2.1.3 物態(tài)方程19-20
• 2.2 參量發(fā)射陣20-24
• 2.2.1 Lighthill波動方程20-21
• 2.2.2 Westervelt線源參量陣21-23
• 2.2.3 寬帶參量陣23-24
• 2.3 參量陣差頻指向性24-26
• 2.4 參量陣差頻增益26-28
• 2.5 波形包絡設計與仿真28-33
• 2.5.1 正弦信號包絡28-29
• 2.5.2 高斯信號包絡29-31
• 2.5.3 線性調頻信號包絡31-33
• 2.6 系統(tǒng)聲參數(shù)計算33-36
• 2.7 本章小結36-37
• 第三章 參量陣淺剖儀硬件設計37-75
• 3.1 總體方案設計38-39
• 3.2 電源板39-43
• 3.2.1 電源板設計39-43
• 3.2.2 電源板測試43
• 3.3 發(fā)射板43-56
• 3.3.1 發(fā)射板總體設計43-44
• 3.3.2 發(fā)射信號形成44-47
• 3.3.2.1 C8051F412 單片機45-46
• 3.3.2.2 發(fā)射信號形式46-47
• 3.3.3 保護電路47
• 3.3.4 驅動電路47-49
• 3.3.5 功率放大電路49-51
• 3.3.6 儲能電容板51-52
• 3.3.7 匹配電路52-54
• 3.3.8 發(fā)射板測試54-56
• 3.4 接收板56-67
• 3.4.1 放大電路56-60
• 3.4.1.1 可變增益放大電路56-59
• 3.4.1.2 固定增益放大電路59-60
• 3.4.2 濾波電路60-66
• 3.4.3 接收板隔離電路66
• 3.4.4 接收板測試66-67
• 3.4.4.1 接收電路增益測試66
• 3.4.4.2 接收電路噪聲測試66-67
• 3.5 數(shù)字信號處理板67-74
• 3.5.1 TMS320F28335 最小系統(tǒng)67-69
• 3.5.1.1 電源電路67-68
• 3.5.1.2 復位電路68
• 3.5.1.2 時鐘電路68-69
• 3.5.1.4 JTAG接口69
• 3.5.2 XINTF接口69-72
• 3.5.2.1 擴展內存70
• 3.5.2.2 網口LAN9218I配置70-72
• 3.5.3 AD采樣電路72-73
• 3.5.4 控制電路73-74
• 3.6 本章小結74-75
• 第四章 參量陣淺剖儀軟件設計75-82
• 4.1 軟件工作流程75
• 4.2 帶通FIR濾波器75-78
• 4.3 包絡檢波78-79
• 4.5 觸底檢測79-80
• 4.5.1 門限檢測法79
• 4.5.2 能量中心檢測法79-80
• 4.6 TVG補償曲線80-81
• 4.7 本章小結81-82
• 第五章 水池試驗82-88
• 5.1 換能器測量校準82-84
• 5.1.1 阻抗特性82
• 5.1.2 發(fā)送電壓響應82-83
• 5.1.3 接收靈敏度83
• 5.1.4 指向性83-84
• 5.2 參量陣差頻信號試驗84-87
• 5.3 本章小結87-88
• 第六章總結與改進88-90
• 致謝90-92
• 參考文獻92-96
• 附錄96-100
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文100

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前1條

1 王潤田;章瑞銓;周艷;秦健華;;非線性聲學的進展與應用[J];聲學技術;2007年02期

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本文編號：833189