新型声波信号系统的研究开发

发布时间：2020-11-11 18:21

　　 海底沉积物声学特性方面的研究主要是在沉积物的声速与声衰减两个方面。目前对沉积物声学特性的测量,主要采用实验室直接测量法。对不同的沉积物,实验室直接测量法对测量系统设备的性能要求不一样。要获得准确的沉积物声学特性,需要信号波形参数可以调节,还需要在不同频率段进行扫频。现有的海底沉积物超声测量仪主要是采用测量建筑结构缺陷的仪器,其信号输出波形参数不能根据测量需要进行调节,也不能输出扫频信号。可见现有的超声测量仪难以满足波形参数可调、可以扫频的要求,亟待研究开发新型的声波测量仪,而声波信号源是测量仪中提供驱动换能器电压的重要部分。因此为满足海底沉积物声学特性测量需要,本文主要研究开发新型的声波信号系统。 为了满足海底沉积物实验室测量的要求,同时根据本课题组前期研究工作中的实际需要,本文在分析了超声波换能器特性的基础上,结合频率合成与微控制器技术的优点,设计了一套专用的海底沉积物声学特性实验室测量信号系统。 系统主要包括硬件和软件两部分。硬件部分选择DDS芯片AD9850作为声波信号系统的核心,以AT89S52为控制芯片,并详细的给出了声波信号发生模块、波形计数模块、换能器驱动模块、温度检测模块以及信号接收模块等硬件实现方案,同时详细说明了系统PCB设计的注意事项。软件部分包括AD9850频率控制程序,82C54波数的控制程序,温度检测程序、CPLD数据采集卡时钟频率的控制程序。由于本系统需要与CPLD采集卡联机使用,整个系统的控制命令由上位机发出,信号系统通过读取控制命令执行相应的操作,信号系统与CPLD数据采集卡的通信程序是软件部分的关键。论文详细给出了各功能模块的程序控制流程图及时序图。 论文最后通过时域分析方法验证了系统输出的正弦信号和脉冲信号的稳定性,同时采用频谱分析技术研究了信号接收模块的输出信号,对换能器的主频特性和信号接收模块的接收性能进行了验证。实验结果表明信号系统功能稳定可靠,信号接收电路部分参数设计合理,达到了设计要求。 该声波信号系统的输出信号频带宽,信号频率和波数可控,频率分辨率高,转换速度快,可扫频测量；同时信号占空比与输出电压可调,使用灵活,应用广泛。
【学位单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：TH766;TB516
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
CONTENTS
第一章 绪论
    1.1 研究背景与课题来源
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 课题来源
    1.2 海底沉积物声学特性测量系统的研究现状
    1.3 研究目的、意义
    1.4 课题研究内容和结构安排
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 本文的结构安排
    1.5 本章小结
第二章 压电换能器及频率合成技术的分析
    2.1 压电换能器的特性分析
        2.1.1 压电换能器主要参数
        2.1.2 压电换能器的等效电路特性
    2.2 直接数字频率合成技术
        2.2.1 DDS技术的数学原理
        2.2.2 DDS技术的工作原理
    2.3 本章小结
第三章 信号系统硬件电路的设计
    3.1 系统方案的制定
    3.2 超声信号发生器的设计
        3.2.1 DDS芯片的选择
        3.2.2 硬件电路的设计
    3.3 计数模块的设计
    3.4 驱动电路的设计
        3.4.1 正弦信号放大电路
        3.4.2 脉冲信号功率放大电路
        3.4.3 变压器的设计
        3.4.4 阻抗匹配网络的设计
    3.5 温度检测模块
    3.6 信号接收电路的设计
        3.6.1 电荷放大器的设计
        3.6.2 带通滤波器的设计
    3.7 系统电源电路的设计
        3.7.1 正电源的设计
        3.7.2 负电源的设计
    3.8 硬件系统PCB的设计
        3.8.1 布局布线
        3.8.2 接地
        3.8.3 旁路和去耦
    3.9 本章小结
第四章 信号系统软件的设计
    4.1 DDS程序的设计
        4.1.1 AD9850的控制字和时序
        4.1.2 AD9850的控制程序设计
    4.2 计数模块程序的设计
        4.2.1 82C54工作模式
        4.2.2 82C54的控制命令
        4.2.3 82C54控制程序
    4.3 温度检测程序设计
    4.4 采集卡时钟频率程序的设计
    4.5 通信程序的设计
        4.5.1 串行通信程序设计
        4.5.2 信号系统与采集卡通信程序设计
    4.6 本章小结
第五章 检测实验与信号的时域和频谱分析
    5.1 实验方案的设计
    5.2 实验数据处理与结果分析
        5.2.1 信号时域分析
        5.2.2 信号频谱分析
        5.2.3 误差分析
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢
附录

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 罗忠辉;卢博;杨永;;人工神经网络技术在海底沉积物声速预报中的应用[J];海洋技术;2009年04期

2 陶春辉;金肖兵;金翔龙;周建平;张金辉;顾春华;何拥华;WIL KENS R H;FU Shung-sheng;;多频海底声学原位测试系统研制和试用[J];海洋学报(中文版);2006年02期

3 卢博;李赶先;孙东怀;黄韶健;张福生;;中国东南近海海底沉积物声学物理性质及其相关关系[J];热带海洋学报;2006年02期

4 周建平;陶春辉;何拥华;顾春华;张金辉;;超声无损检测技术在海底沉积物调查中的应用[J];海洋技术;2007年04期

5 阚光明;赵月霞;李官保;韩国忠;孟祥梅;;南黄海海底沉积物原位声速测量与实验室声速测量对比研究[J];海洋技术;2011年01期

6 曾洁莹;吴百海;邹大鹏;吴锦虹;;可变角度换能器在海底沉积物声学原位测量应用的探讨[J];海洋技术;2008年01期

7 邹大鹏;吴百海;卢博;张文凡;陈飞燕;;海底沉积物声学物理力学性质聚类分析研究[J];热带海洋学报;2008年05期

8 山本 ,聪大森保 ,白桦;水深8260米海底沉积物与金属元素的分布[J];地质科技情报;1984年03期

9 侯保荣;海洋环境中的腐蚀问题[J];世界科技研究与发展;1998年04期

10 池原研,马建华,袁晓茂;浊积层——海底沉积物中残留的古代大地震记录[J];海洋地质动态;2001年01期

相关博士学位论文 前10条

1 陶春辉;海底沉积物声学原位测试和特性研究[D];浙江大学;2005年

2 罗豪;一种极低功耗模拟IC设计技术及其在高性能音频模数转换器中的应用研究[D];浙江大学;2012年

3 明鑫;低EMI D类音频功放电路关键技术研究[D];电子科技大学;2012年

4 刘涛;南黄海辐射沙脊群现代沉积环境研究[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2012年

5 王伟征;数字电路低费用低功耗测试技术研究[D];湖南大学;2011年

6 蒋东辉;渤海海峡沉积物输运的数值模拟[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2002年

7 苏彦锋;数字CMOS工艺实现的单片本振电路[D];复旦大学;2004年

8 王前;开关电源的协同控制理论及脉宽调制应用技术研究[D];华南理工大学;2010年

9 黄金鑫;基于空间电磁能的无线传感器自供能技术研究[D];山东大学;2012年

10 吴多龙;印刷电路板的电磁辐射研究[D];电子科技大学;2000年

相关硕士学位论文 前10条

1 魏俊益;新型声波信号系统的研究开发[D];广东工业大学;2013年

2 符东;海底沉积物声学特性小距离测量系统设计与实验研究[D];广东工业大学;2012年

3 洪刚;南海海底沉积物声学特性的温度影响性研究[D];广东工业大学;2011年

4 李艳华;海底沉积物声学性质原位测量技术研究[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2010年

5 王宁;基于虚拟仪器的温压控制声学测试系统设计[D];浙江理工大学;2012年

6 段继周;低碳钢在海底沉积物中的腐蚀行为[D];中国科学院海洋研究所;2000年

7 程净净;南黄海中部泥质区沉积物声学物理特性研究[D];国家海洋局第一海洋研究所;2011年

8 聂双双;基于模极大值特征提取的超声波海底沉积物分类识别研究[D];中南大学;2008年

9 詹雪雄;水下机器人自主采样系统研究[D];华中科技大学;2008年

10 张超;基于尾波包络特征提取的超声波海底沉积物分类识别研究[D];中南大学;2008年

本文编号：2879565