【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的大力發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，陸地資源正在快速的消耗中，因此必須尋求新的能量來源。海洋作為另一大物資存儲地，已經(jīng)引起了各個國家的強烈關注，其中海底石油等資源勘探開采技術的研究更成為一項熱門課題。如何有效、準確的獲取海底資源信息，以便更好的開采，已成為海洋勘探的一項重要任務。 海洋勘探技術中數(shù)據(jù)的有效通信是極其重要的一個環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的通信方法主要有電纜通信和隨鉆存儲。電纜通信靈活輕便，性能良好，但是易斷，成本高；隨鉆存儲成本低，靈活性好，但是實時性差。針對傳統(tǒng)方案的不足，本文通過研究和分析目前流行的海洋勘探技術和超聲波應用，對比國內(nèi)外的研究成果，提出了利用超聲波進行通信的應用設計，就改進現(xiàn)有水下探測技術提出了基于海底原位探測儀的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的有纜傳輸，采用超聲波通信的方式，將探頭傳感器采集到的數(shù)據(jù)實時可靠的傳到接收終端。文章詳細了介紹超聲波的特性和優(yōu)點，以及應用于通信的關鍵點和難點，并分析了換能器的的結(jié)構、性能指標等。其中主要探討利用超聲波在鋼管中傳輸?shù)目尚行裕治龀暡ㄔ谕ㄐ艜r的衰減、通信距離問題。在實際的設計中，詳細的論述了系統(tǒng)實現(xiàn)的總體架構和內(nèi)部模塊的選擇，并重點對比了采用2FSK調(diào)制方式對數(shù)字基帶信號進行調(diào)制和解調(diào)的各種方式的優(yōu)劣，最終利用STM8單片機對中心頻率為80K的數(shù)據(jù)進行調(diào)制。采用大禹公司的DYW-80壓電超聲換能器進行電信號和超聲信號的轉(zhuǎn)換，并對阻抗匹配進行了分析。除此之外，還對系統(tǒng)實現(xiàn)中應用到的功率放大電路、前置放大電路以及帶通濾波電路等模塊進行了闡述。最后對超聲波數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進行了測試，換能器的發(fā)射功率可達10W，誤碼率低，數(shù)據(jù)傳輸速率可達500bps。通過測試，得出系統(tǒng)能有效抵抗外部噪聲，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，具有低耗能、低成本、高穩(wěn)定性的特性。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P715.9;TN92
【圖文】：

取、沉淀與霧化、乳化與破乳、超聲阻垢、過濾、浸取、懸浮分離、聲清洗、滅菌、藥物提純、納米材料和催化劑制備、超聲手術、油品脫硫、改善渣油品質(zhì)等機械作用、空化作用超聲焊接、固體粉碎、除塵、無損檢測、測厚、超聲定位、雷達等 機械作用菌、A 型超聲波診斷儀、B 型超聲波診斷儀、超聲心動圖儀、超聲理療(超聲按摩)等熱效應均相化學反應、有機物降解反應、高分子化學反應、自由基反應、處理污水、油品脫硫等化學效應由于超聲波具有很高的頻率，能很好的規(guī)避電磁干擾和聲波干擾，針對一些復殊的環(huán)境，人類研發(fā)了很多具有實際意義的超聲波應用。2000 年，致力于能源開發(fā)利用的美國安全辦公室公布了一期項目實踐研究結(jié)。研究人員利用超聲波的高頻率、低波長的特性，研發(fā)了一套通過超聲波在空氣中的系統(tǒng)。運用常見的超聲波換能器作為信號發(fā)送接收端的的載體，通過適當?shù)男爬�，利用調(diào)頻技術，選擇中心頻率為 40kHz 的載頻，使用 LabView 軟件用于信號制解調(diào)，實現(xiàn)了基于超聲波的數(shù)據(jù)、圖片等在空氣介質(zhì)中的可靠性傳輸，通信速達 680bit/s。示意圖如下圖 1-3：

圖 1-4 超聲波探傷結(jié)構圖除了國外，國內(nèi)也有一些實驗成果，如中國石油大學的馬西庚等人為了研究超在不同介質(zhì)中傳播的差異性，自己設計并制作了信號發(fā)送源和試驗器材，讓超聲加入氣體、液體和固體的探桿中分別進行傳輸[10]。利用掃頻技術，得出了超聲波過程中的衰減結(jié)果，見式（1-1）：e x p ()0 k l(1其中0 為聲波激發(fā)強度， 為距離信號激發(fā)源的聲波強度， 為信號的衰減，l表示總傳輸距離。試驗結(jié)果顯示：導致原始信號強度在傳輸過程中削減的主要有超聲波頻率大小和介質(zhì)接觸的緊密程度。而且不同的聲波對于傳輸也存在差異。超聲波在空氣中的研究已經(jīng)有一定的成果，但是近幾年來，關于超聲波在固體中通信的文獻、研究成果幾乎沒有。反倒是利用水作為媒介的水聲通信技術成為國研究的熱點，而且資料顯示目前唯一有可能進行遠距離通信的超聲波運用就只聲通信。水下聲通信研究始于 20 世紀中葉，開始用于軍事領域的通信，作用于軍

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 羅登林;丘泰球;盧群;;超聲波技術及應用(Ⅲ)——超聲波在分離技術方面的應用[J];日用化學工業(yè);2006年01期

2 張宏滔,童峰,陸佶人,方世良;淺海水聲通信網(wǎng)的FH-CDMA方案研究[J];東南大學學報(自然科學版);2003年04期

3 楊雪芹;陳超波;;縮短循環(huán)碼(26,16)編碼和譯碼的軟件實現(xiàn)[J];電腦知識與技術;2009年29期

4 簡盈,王躍科,潘仲明;超聲換能器驅(qū)動電路及回波接收電路的設計[J];電子技術應用;2004年11期

5 王育慷;超聲波原理與現(xiàn)代應用探討[J];貴州大學學報(自然科學版);2005年03期

6 閃俊杰;杜振雷;李青;崔文豪;劉潤靜;胡永琪;;超聲波在化學工業(yè)中的應用[J];河北工業(yè)科技;2009年02期

7 李雅莉;;超聲波清洗的原理和實際應用[J];清洗世界;2006年07期

8 趙安邦;解立坤;沈廣楠;周彬;惠俊英;;Pattern時延差編碼水聲通信抗多普勒的差分解碼研究[J];聲學技術;2009年04期

9 馬西庚;李超;柳穎;;鉆桿中聲波傳輸特性測試[J];中國石油大學學報(自然科學版);2010年04期

10 宋存牛;聲動力學療法治療腫瘤的研究現(xiàn)狀及前景[J];物理;2003年02期

本文編號：2733448