基于主动电场的水下形状探测方法及电场特性探究

发布时间：2020-07-17 04:36

【摘要】：主动电场技术是一种应用低频低压电场进行探测的技术,来源于对弱电鱼的仿生研究,优势在于可在恶劣、浑浊、黑暗的水体环境中使用。为适应水下探测技术发展需求,服务于海洋开发战略需求,本文以主动电场技术应用为题,搭建优化水下探测实验平台,着重改进运动控制模块,依据主动电场中被探测物体所引发的电场畸变导致的转折频率和信号幅值的变化提出了三种水下形状探测方法,在对原始数据进行处理后均可得到目标物体在平面上的几何形状,使用方波脉冲信号与正弦信号结合探测,各方法简述如下:1.从物体不同方向进行探测时转折频率不同,利用物体全方位的转折频率变化测定物体形状;2.探测电极与被测物体横截面所成角度变化时探测所得转折频率不同,对物体从同一方向的不同位置处探测,确定物体单方向几何形状;3.被测物体在电场中会导致接收信号电压幅值发生变化,结合幅值与探测方位绘制物体形状。分别将上述三种方法应用在铝、铁、铜材质的四棱柱、六棱柱、八棱柱、圆柱进行验证,列出实验数据并分析。对转折频率相关的电场特性及影响因素进行初步探究,得出以下结论:1.物体被测内角的改变会导致转折频率的变化,但其趋势与转折频率改变趋势间无明显的函数性关系;2.柱体与锥体的时频特性曲线各有其特点。提出并初步验证了这样一种猜想:转折频率的改变与多种因素有关,几何形状的改变带来了电阻值的改变从而影响转折频率。在其他影响因素固定的情况下,随着物体电阻值增大,其转折频率减小,二者是一种非线性关系。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P714
【图文】：

壶腹,洛仑兹

-1 洛仑兹尼壶腹。(a)鲨鱼头部的洛仑兹尼壶腹和侧线；(b)洛仑兹尼壶腹解剖结构图。鱼通过尾部的放电组织建立低频低压的交变电场，通过分布在皮肤尼壶腹感知电场，在大脑中对感知电场的畸变进行分析，从而识别，针对不同的物体电场线畸变有所差异。通过这种探测方式，弱电要视觉、嗅觉。然而，仅仅通过电压幅值变换而不通过其他辅助探立明确的距离感知，因为被探测物体的尺寸和材料的差异会以和距响电场图像：生物的视觉图像表现为随着与物体距离的增加而减小类似，当一个物体从从起始位置逐渐远离时，主动电场图像会随着寸逐渐增大而其最大幅度逐渐减小；但是一个材质相同但是尺寸更始位置处会产生和原物体物距改变后相同的效果。因此，弱电鱼并电场图像的成像尺寸或幅值变化。研究表明，没有任何一种单一的式变化能够充分的解释距离探测机制，主动电场对物体的探测其实协作的方式，为了探测物体的大小、体积和复阻抗，弱电鱼需要至

示意图,弱电,非导体,畸变

电子科技大学硕士学位论文器官分布在弱电鱼皮肤表面。当弱电鱼周围不存在物体如阻抗等特征与周围的水环境相似时，此时其所建立的，未发生畸变，如尾部电场所示；而当电场中存在会引比如图示的两种物体，他们所引起电场线畸变趋势相反个非导体，由于其不导电，在岩石处电场线表现出扩散电场线密度；反之在下方的蠕虫，由于其导电性优于水聚，即增强该处的电场线密度。岩石降低了电场强度同虫则增大了幅值并引发信号畸变。弱电鱼通过洛仑兹尼电场分布图，对目标物体进行探测、导航、定位、识别

示意图,发射电极,示意图

图 2-3 发射电极示意图。(a)电极排布示意图；(b)一对电耦极子简化电场模型图接收电极采集到的电场信号则通过数据采集卡的接收端口反馈到电脑端，接收电极对使用数据采集卡的一组差分端口，通过共模抑制有效地消除外界干扰对内电场的利用使得实验现象更为明显。经过水体的衰减，接收极测得的信号幅值远远小于发射信号的幅值，数据采集卡有较高的精确度要求。实验室原有 NI 公司型号为 USB-6289 的数据采集卡，随着实验的深入，为了满足我们后续的实验要求，添置了同一品牌下的 USB-6366。美国国家仪器( NI )公司首创了“虚拟仪器”这一测量概念，开发了基于计算机的具有良好兼容性的自动化平台，主要应用于测试、测量、设计、控制等领域。它提供的编程系统 Labview 软件是一种数据流式的图形化编程环境，结合相应模块化的数据采集设备 DAQ（Data Acquisition ）使用。DAQ 系统由带有相应工作软件的电脑、传感器和 DAQ 测量部件组成。实验中我们使用的就是这样一个系统。在对 NI 提供的数据采集设备进行调研后，我们选择 USB-6366。与 PCI 和

【参考文献】