沉积物声学特性原位测量的声波发射采集装置、系统及方法制造方法及图纸

沉积物声学特性原位测量的声波发射采集装置、系统及方法，包括主控单元、声波发射单元、声波采集单元和电源转换单元；主控单元对声波发射单元的声波发射过程进行控制，对声波采集单元的声波采集过程进行控制；声波发射单元控制发射换能器组的发射换能器产生具有设定波形、频率和强度的声波信号；声波采集单元控制接收换能器组的接收换能器接收、采集和存储声波信号。所述方法包括声波发射采集参数的设置和读取，声波信号的发射、接收和采集，声波采集信号的传输。本发明专利技术具有很好的通用性，能降低功耗；增大了测量频带的宽度；增强了对海上作业条件的适应能力；实现了多个接收换能器的同步信号接收和采集，并通过信号放大和调理提高了信噪比。

【技术实现步骤摘要】
沉积物声学特性原位测量的声波发射采集装置、系统及方法
本专利技术属于沉积物声学测量
，更具体地说，本专利技术涉及一种沉积物声学特性原位测量系统的声波发射采集装置及方法。
技术介绍
沉积物的声学特性，包括声速和声衰减系数，分别表征声波在沉积物中传播时的速度和能量衰减特性，是沉积物的重要物理属性。原位测量技术是获得沉积物声学特性的重要手段，其通过将声学换能器贯入水下沉积物中然后在其中发射和接收声波的方式，根据声波信号的传播时间和幅度变化来提取声速和声衰减系数。迄今已经公开了多种类型的沉积物声学特性原位测量系统，如专利201010265697.7（基于液压驱动贯入的海底沉积物声学特性原位测量系统）、2010102934.9（海底沉积声学参数原位测量装置）、201610084096.3（压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置）等。一个完整的沉积物声学特性原位测量系统通常包含用于声学换能器贯入和测量支撑的机械装置、用于系统水下状态监控的监测控制装置以及用于驱动声学换能器进行声波信号发射和采集的声波发射采集装置，其中声波发射采集装置或者说由该装置及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.沉积物声学特性原位测量的声波发射采集装置，其特征在于包括主控单元（1）、分别与主控单元（1）相连的声波发射单元（2）和声波采集单元（3），以及用于供电的电源转换单元（4）；/n所述主控单元（1）对声波发射单元（2）的声波发射过程进行控制，对连接声波采集单元（3）的声波采集过程进行控制；/n所述声波发射单元（2）用于控制发射换能器组（6）中的一个或多个发射换能器产生具有设定波形、频率和强度的声波信号；/n所述声波采集单元（3）用于控制接收换能器组（7）中的一个或多个接收换能器接收、采集和存储声波信号；/n所述主控单元（1）包括FPGA芯片（13），分别与FPGA芯片（13）连接的用于时间控制...

【技术特征摘要】
1.沉积物声学特性原位测量的声波发射采集装置，其特征在于包括主控单元（1）、分别与主控单元（1）相连的声波发射单元（2）和声波采集单元（3），以及用于供电的电源转换单元（4）；
所述主控单元（1）对声波发射单元（2）的声波发射过程进行控制，对连接声波采集单元（3）的声波采集过程进行控制；
所述声波发射单元（2）用于控制发射换能器组（6）中的一个或多个发射换能器产生具有设定波形、频率和强度的声波信号；
所述声波采集单元（3）用于控制接收换能器组（7）中的一个或多个接收换能器接收、采集和存储声波信号；
所述主控单元（1）包括FPGA芯片（13），分别与FPGA芯片（13）连接的用于时间控制的时钟模块（14）、用于数据和指令存储的高速缓存模块（15）和外部存储模块（16）以及用于外部通讯的网路通讯模块（17）和串行通讯模块（18）；其中时钟模块（14）、网路通讯模块（17）和串行通讯模块（18）分别通过一个I/O接口与FPGA芯片（13）相连，所述网络通讯模块（17）用于连接水下通讯单元（8），以实现在有通讯缆（9）连接条件下与甲板测控终端（11）的数据和指令交换；所述串行通讯模块（18）用于连接外触发器（12），以实现在无通讯缆（9）连接条件下根据外触发器（12）的触发指令自动完成声波的发射和采集；
所述声波发射单元（2）包括DAC芯片D1和D2、DA信号调理电路A1和A2、以及与发射换能器T1~Tn对应并对其分别进行发射控制的电子开关ST1~STn、脉冲发射电路PT1~PTn、继电器JT1~JTn，其中发射换能器T1~Tn为发射换能器组（6）中的第T1号至第Tn号发射换能器；
所述主控单元（1）的FPGA芯片（13）通过DAC芯片D2和DA信号调理电路A2所构成的一组元件进行发射波形控制，即通过该组元件来控制电子开关ST1~STn和继电器JT1~JTn的选通，使得发射换能器T1~Tn中只有一个在对应的脉冲发射电路PT1~PTn驱动下发射经过电压控制和波形控制的声波信号；而所述脉冲发射电路PT1~PTn均与对应的发射换能器T1~Tn进行阻抗匹配；
所述声波采集单元（3）包括与接收换能器R1~Rm对应的，由ADC芯片DR1~DRm、AD信号调理电路AR1~ARm、主放大器PR1~PRm、带通滤波器FR1~FRm和前置放大器QR1~QRm组成的m个信号采集通道，其中接收换能器R1~Rm为接收换能器组（7）中的第R1号至第Rm号接收换能器；
所述主控单元（1）的FPGA芯片（13）通过控制前置放大器QR1~QRm的放大倍数，对接收换能器R1~Rm感应到的声波信号进行放大，然后依次经过带通滤波器FR1~FRm的滤波、带通滤波器FR1~FRm的二级放大、AD信号调理电路AR1~ARm的信号调理后，由ADC芯片DR1~DRm转换为数字信号送入主控单元（1）进行存储；
所述电源转换单元（4），其包括DC-DC模块C1~C5以及电子开关S1；
所述声波发射单元（2）中由DAC芯片D1与DA信号调理电路A1构成的一组元件，连接到电源转换单元（4）的DC-DC模块C3；主控单元（1）的FPGA芯片（13）通过DAC芯片D1和DA信号调理电路A1控制DC-DC模块C3进行发射电压控制，
所述主控单元（1）通过控制电子开关S1为声波发射单元（2）和声波采集单元（3）的电源供应，从而使声波发射单元（2）的部件仅在声波发射时通电，使声波采集单元（3）的部件仅在采集时通电，以降低声波发射采集装置的功耗。


2.如权利要求1所述的沉积物声学特性原位测量的声波发射采集装置，其特征是所述电源转换单元（4）是将24VDC电源进行变换，从而为装置各部分提供电源。


3.沉积物声学特性原位测量的声波发射采集系统，其特征在于包括权利要求1所述的声波发射采集装置，还包括电源（5）、发射换能器组（6）、接收换能器组（7）、水下通讯单元（8）、通讯缆（9）、甲板通讯单元（10）、甲板测控终端（11）和外触发器（12）；
所述电源（5）为24VDC电源，所述电源转换单元（4）将24VDC电源进行变换，为装置各部分提供电源；所述发射换能器组（6）具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李官保，梁军汀，卢杰，刘保华，阚光明，王景强，孟祥梅，孙蕾，韩国忠，
申请(专利权)人：自然资源部第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37