参量阵浅地层剖面技术研究

发布时间：2017-09-11 21:32

  本文关键词：参量阵浅地层剖面技术研究

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【摘要】：参量发射阵能以较小的换能器尺寸实现低频、窄波束、低旁瓣发射声波,在浅地层剖面研究中,对于对换能器尺寸有严格要求的情况下是一种优良选择。本文从非线性声学原理出发,结合参量发射阵技术设计参量阵浅地层剖面仪,应用于浅地层掩埋管线探测。在讨论了参量阵的形成机理的基础上推导得到差频波的声压表达式,增益表达式和指向性表达式,得出应用于宽带参量阵模型的差频声压值与包络函数平方的二阶偏导成正比的结论,并对不同包络信号条件下的差频特性进行了仿真,为系统设计打下基础。系统硬件设计部分分五个功能电路进行介绍。电源板介绍了系统的供电设计,测试输出得到各电路工作需要的稳定直流电压;发射板介绍了信号的形式,信号的单片机产生,发射信号经驱动电路被D类功放电路放大供给换能器,储能电容为发射供能的设计,测试得到发射信号声源级225.6d B,输出电功率720.4W;接收板介绍了可变增益放大电路、固定增益放大电路、以及无源滤波器的设计,测试得到可变增益输出范围-8d B~72d B,固定增益输出20.8d B;数字信号处理板设计介绍了DSP的最小系统设计,利用DSP的ADC外设对回波信号进行采样,从XINTF接口扩展内存,扩展网口实现与上位机的通信,以及对发射的同步控制和接收机的增益控制设计。系统设计满足参量阵浅剖仪的工作需要。参量阵浅剖仪软件设计主要介绍了软件的功能流程和信号处理流程,并对软件中的核心算法模块进行设计说明。算法包括带通FIR滤波器、包络检波、抽取压缩、触底检测、TVG补偿等几个主要模块。完成了对参量阵浅剖仪的运行控制。水池试验对参量阵浅剖仪产生的差频信号特性进行了测试,得到原频声源级226d B,差频声源级169.9d B,原频波-3d B开角2.9°,差频波-3d B开角3.5°,适当展宽,差频转换效率0.16%,差频增益-56.1d B,与理论基本相符。
【关键词】：参量阵浅剖仪 硬件设计 软件设计 差频信号特性
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB565
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 前言11-17
• 1.1 本文研究的背景与意义11-12
• 1.2 浅剖仪的发展与研究现状12-14
• 1.3 论文的主要研究内容14-15
• 1.4 论文的预期成果15-17
• 第二章 参量发射阵原理17-37
• 2.1 非线性声学17-20
• 2.1.1 连续性方程18
• 2.1.2 运动方程18-19
• 2.1.3 物态方程19-20
• 2.2 参量发射阵20-24
• 2.2.1 Lighthill波动方程20-21
• 2.2.2 Westervelt线源参量阵21-23
• 2.2.3 宽带参量阵23-24
• 2.3 参量阵差频指向性24-26
• 2.4 参量阵差频增益26-28
• 2.5 波形包络设计与仿真28-33
• 2.5.1 正弦信号包络28-29
• 2.5.2 高斯信号包络29-31
• 2.5.3 线性调频信号包络31-33
• 2.6 系统声参数计算33-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第三章 参量阵浅剖仪硬件设计37-75
• 3.1 总体方案设计38-39
• 3.2 电源板39-43
• 3.2.1 电源板设计39-43
• 3.2.2 电源板测试43
• 3.3 发射板43-56
• 3.3.1 发射板总体设计43-44
• 3.3.2 发射信号形成44-47
• 3.3.2.1 C8051F412 单片机45-46
• 3.3.2.2 发射信号形式46-47
• 3.3.3 保护电路47
• 3.3.4 驱动电路47-49
• 3.3.5 功率放大电路49-51
• 3.3.6 储能电容板51-52
• 3.3.7 匹配电路52-54
• 3.3.8 发射板测试54-56
• 3.4 接收板56-67
• 3.4.1 放大电路56-60
• 3.4.1.1 可变增益放大电路56-59
• 3.4.1.2 固定增益放大电路59-60
• 3.4.2 滤波电路60-66
• 3.4.3 接收板隔离电路66
• 3.4.4 接收板测试66-67
• 3.4.4.1 接收电路增益测试66
• 3.4.4.2 接收电路噪声测试66-67
• 3.5 数字信号处理板67-74
• 3.5.1 TMS320F28335 最小系统67-69
• 3.5.1.1 电源电路67-68
• 3.5.1.2 复位电路68
• 3.5.1.2 时钟电路68-69
• 3.5.1.4 JTAG接口69
• 3.5.2 XINTF接口69-72
• 3.5.2.1 扩展内存70
• 3.5.2.2 网口LAN9218I配置70-72
• 3.5.3 AD采样电路72-73
• 3.5.4 控制电路73-74
• 3.6 本章小结74-75
• 第四章 参量阵浅剖仪软件设计75-82
• 4.1 软件工作流程75
• 4.2 带通FIR滤波器75-78
• 4.3 包络检波78-79
• 4.5 触底检测79-80
• 4.5.1 门限检测法79
• 4.5.2 能量中心检测法79-80
• 4.6 TVG补偿曲线80-81
• 4.7 本章小结81-82
• 第五章 水池试验82-88
• 5.1 换能器测量校准82-84
• 5.1.1 阻抗特性82
• 5.1.2 发送电压响应82-83
• 5.1.3 接收灵敏度83
• 5.1.4 指向性83-84
• 5.2 参量阵差频信号试验84-87
• 5.3 本章小结87-88
• 第六章总结与改进88-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-96
• 附录96-100
• 攻读学位期间发表的论文100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王润田;章瑞铨;周艳;秦健华;;非线性声学的进展与应用[J];声学技术;2007年02期

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本文编号：833189