本文關(guān)鍵詞：基于時間飛躍法的聲速剖面儀的研制

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【摘要】：在當(dāng)前世界范圍內(nèi)的海洋大開發(fā)背景下,我國作為一個海洋大國,對于海洋領(lǐng)域的觀測、研究設(shè)備的需求越來越迫切,其中,海洋聲納設(shè)備作為十分重要的領(lǐng)域更為受到重視,其在國防、科研和漁業(yè)等領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。這些設(shè)備的精確與否受到海水中聲速、溫度和深度等條件的影響,因此,實(shí)時獲取海水剖面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯得十分重要。本文的研究目的是完成一套基于時間飛躍法(Time of Flight,TOF)的高精度聲速剖面儀,其中主體是聲速測量部分,溫深(溫度、深度)數(shù)據(jù)則通過獨(dú)立模塊進(jìn)行采集。該剖面儀能夠?qū)Σ煌Ｓ虻钠拭鏀?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析和測量,最終得到該海域的聲速,溫度以及深度數(shù)據(jù)。本文在考慮了各種聲速的測量方法后,選擇了利用STM32F407作為主要芯片配合高速AD采樣得到測量數(shù)據(jù),利用時間飛躍的原理最終得到海水中聲音的傳播速度。論文中所涉及的工作主要包含以下幾個方面:(1)分析影響聲音在海水中傳播的因素,綜合國內(nèi)外海水聲速測量的研究現(xiàn)狀,對比各個方法的利弊,提出基于時間飛躍法的聲速測量方法。(2)根據(jù)時間飛躍法測量超聲波傳播時間的原理,設(shè)計(jì)了基于STM32F407內(nèi)核以及ADS901高速AD采集芯片的海水聲速測量的硬件系統(tǒng),通過調(diào)試與整理,實(shí)現(xiàn)對海水中聲速的高精度測量。同時設(shè)計(jì)了基于ATmega64內(nèi)核的溫深測量模塊,最終完善聲速剖面儀的整體硬件設(shè)計(jì)。(3)完成系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì),其中包括對聲速模塊和溫深模塊的時序及使能控制,模塊間通信,剖面儀與上位機(jī)間的通信,以及聲速計(jì)算的算法部分,最終通過數(shù)字信號處理的相關(guān)方法提高測量過程的精確度以及穩(wěn)定性。(4)對最終實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證系統(tǒng)的整體精度。最終實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該系統(tǒng)符合預(yù)定精度要求。
【關(guān)鍵詞】：聲速剖面儀 時間飛躍法(TOF) 高速AD采集
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH766
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題的研究背景和意義9
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r9-11
• 1.3 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排11-13
• 1.3.1 研究內(nèi)容11-12
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)安排12-13
• 第2章 基于時間飛躍法聲速測量的算法研究13-16
• 2.1 閾值檢測法13
• 2.2 互相關(guān)檢測法13-15
• 2.3 本章小結(jié)15-16
• 第3章 基于時間飛躍法的聲速剖面儀的總體設(shè)計(jì)方案16-20
• 3.1 系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)16-17
• 3.2 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)17-18
• 3.2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)17
• 3.2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)17-18
• 3.3 系統(tǒng)工作原理18-19
• 3.4 本章小結(jié)19-20
• 第4章 聲速剖面儀的硬件電路設(shè)計(jì)20-33
• 4.1 控制電路20-23
• 4.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)20-22
• 4.1.2 電壓轉(zhuǎn)換與控制電路22-23
• 4.1.3 數(shù)據(jù)傳輸電路23
• 4.2 實(shí)時時鐘電路23-24
• 4.3 超聲波發(fā)射電路24-26
• 4.3.1 發(fā)射信號編碼電路25
• 4.3.2 發(fā)射信號調(diào)理電路25-26
• 4.4 超聲波接收電路26-29
• 4.4.1 LC選頻放大電路26-27
• 4.4.2 運(yùn)算放大電路27-28
• 4.4.3 高速AD采樣電路28-29
• 4.5 溫壓測量電路29-31
• 4.5.1 最小系統(tǒng)29
• 4.5.2 溫壓測量模塊29-31
• 4.6 聲速剖面儀實(shí)物圖31-32
• 4.7 本章小結(jié)32-33
• 第5章 聲速剖面儀的軟件設(shè)計(jì)33-42
• 5.1 聲速測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)33-40
• 5.1.1 聲速測量系統(tǒng)軟件的整體設(shè)計(jì)33-34
• 5.1.2 高速AD采集模塊的驅(qū)動設(shè)計(jì)34-37
• 5.1.3 聲速測量算法的軟件設(shè)計(jì)37-40
• 5.2 溫壓測量模塊的軟件設(shè)計(jì)40-41
• 5.3 本章小結(jié)41-42
• 第6章 電路調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果42-47
• 6.1 硬件調(diào)試42-43
• 6.1.1 發(fā)射電路的調(diào)試42-43
• 6.1.2 接收電路的調(diào)試43
• 6.2 軟件調(diào)試43-45
• 6.2.1 軟件調(diào)試環(huán)境43-44
• 6.2.2 軟件調(diào)試流程44-45
• 6.3 試驗(yàn)結(jié)果分析45-47
• 第7章 總結(jié)與展望47-48
• 7.1 總結(jié)47
• 7.2 展望47-48
• 參考文獻(xiàn)48-51
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況51-52
• 致謝52

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本文編號：849668