噪声信号源超磁致伸缩换能器设计方法研究

针对以往噪声信号发射换能器在实际工作中,存在着诸多影响正常科研试验的问题,并根据噪声信号的技术要求,以及探测方式的技术特征,我们对噪声发射换能器进行了重新设计,从选用超磁致伸缩材料作为换能器的材料入手,结合国内外一些新的设计理念,从材料性能分析,到理论设计,最后到可靠性实施方法,都进行了周密细致的研究,并完成了设计全过程。测试结果和使用性能表明,达到了预期的目的,这也是该材料在国内首次应用于单只宽频水声换能器中,开创了稀土超磁致伸缩材料应用的又一个先列。     

浅地层剖面仪的测量模拟

为获取声传播环境数据,实验中开展了水文调查和浅地层剖面仪的观测.由于声传播实验发射信号频率与接收船上的浅地层剖面仪信号频率接近,因此声传播实验信号在浅地层剖面仪测量图中产生了斜条纹.利用实验中水听器测量的信号模拟浅地层剖面仪的测量,解释了浅地层剖面仪测量图像中斜条纹的形成,并通过控制声传播实验信号的发射周期和时间模拟条...     

D&Z—1声参量多频海底测绘系统

最近研制成功的“D&Z—1声参量多频海底测绘系统”,适用于江河湖海区水底表层地形、地质构造的精密探测和水底掩埋物体(如管道、沉船、雷等)的探测。其基本特点是:1.利用声参量阵技术,由一个换能器阵实现高低频(100KHz和10、15、20KHz)声信号的高指向性发射,提高了探测的水平和垂直分辨率;2.对同时接收到的高、低频回波进行处理后以“双迹”或“混合”方式显示在剖面记录上,从而可以估测水底表层的地质属性和浮泥厚度。本文介绍其原理、性能和试验结果。     

20~40kHz压电圆管换能器设计及测试

提出了一种水声测量领域常用的压电圆管换能器的设计,并应用有限元方法对压电圆管换能器进行研究。利用有限元分析软件ANSYS建立了圆管换能器的有限元模型,旨在优化换能器结构,分析换能器振动特性、电导特性和辐射特性。在此基础上,设计和制作了一个宽带无指向性圆管换能器.结果表明:换能器工作带宽为20~40 kHz,发射电压响应最大值为142 dB,发送电压响应起伏不超过±5 dB,具有良好的水平无指向性的发射性能。     

多维耦合振动复合压电振子的设计

运用表观弹性法,采用二次径向谐振频率计算表观弹模量,设计高度与直径可比拟,谐振频率不满足压电晶片和金属圆片最低径向谐振频率方程的多维耦合振动复合电振子。用本方法设计垂直探鱼仪的换能器和提高优质单胞藻饲料多不饱和脂肪酸含量的超声辐射仪换能器。计算结果表明,理论与值与实验值相符合。这种方法简单,方地压电晶片的径向谐振频率低于换能器揩能器谐振频率的多维耦合振动复合压电振的设计。     

海洋沉积物声特性的实验研究

把两个电声换能器安装在静力取样器箱体底部,配合相应电路,测量声脉冲通过箱体内沉积物的传播时间和相对接收幅度,使之在取样同时获得沉积物声速和声衰减剖面,用一个压电陶瓷换能器与沉积物柱状样接触,自上而下测量谐振时电激励阻抗,观察沉积物声阻抗。结果表明,实验室与现场测得的声速、声衰减系数和声阻抗与沉积类型密切相关。文中讨论了现场测量沉积物声阻抗的可能性。     

基于端面反射的高频光纤振动传感系统研究

光学测量方法是高频振动检测领域新的研究方向。该论文研发了由光纤振动检测传感器、光纤振动信号检测单元等系统组成的一个振动检测系统,使用端面反射的基本原理。振动信号经过光纤振动传感器转化为光信号,再经过检测单元转化为电信号,最终得到测量频率。实验测得该系统的频率响应范围是2～33 kHz,测量误差小于0.21%。该系统的光纤振动传感器是强度调制型光纤传感器,避免了波长解调,相对于其他光学测量系统具有测量带宽广、测量频率高、振动传感器设计简洁等优点。     

倒置式回声仪的研究进展

倒置式回声仪(IES)是一种锚系于海底的海洋观测仪器,它通过向上发射声信号并接收从海面反射的回声信号,测量并记录声信号的垂向往返传播时间。倒置式回声仪具有体积小、设置方便、性价比高、安全性强等特点。IES已经成功应用于全球多个海区,并取得了举世瞩目的成果。文中回顾了IES的发展历史,系统介绍了有关IES的研究成果与进展及在我国的初步应用。     

水声定位

用水声设备确定物体 (例如船只 )的方位和距离。在预定海域的海底布放 3个以上声应答器 ,组成应答器阵。在定位的船上装有询问声发射系统和应答接收系统 ,以接收海底应答器 ,在收到询问脉冲后发出的具有不同频率的应签脉冲。根据脉冲到达时间 ,可测得船与各应答器距离 ,从而确定船位。用这种方法定位的绝对误差约为数米。另一种方式是在海底布设定时辐射声脉冲的声源或海底应答器 ,另在被定位的船底或者布设由 3个水听器组成的接收基阵 ,或者安装一个收发两用换能器和两个水听器 ,由脉冲到达时间 (必要时还须利用由测深仪测得的水深数据 )确…     

涡激振动对船舷安装的相干声纳条带测深系统测量精度影响分析

相干声纳条带测深系统采用船舷安装时,连接系统水下单元的钢管在水流作用下可能发生共振和频率锁定而剧烈振动,其下端的以换能器为主的系统水下单元也会随之摆动,使数据质量和测量精度受到影响。笔者通过分析在实际工作中遇到的问题发现:连接系统水下单元的钢管越长,钢管越容易在低流速条件下发生共振现象;换能器剧烈摆动会造成大量噪音信号;换能器摆动幅度较大时系统的安装校准会失效。本文通过解析计算得出了在现场操作中不同悬挂长度的钢管发生频率锁定时的控制流速以及换能器最大摆动幅度,认为实际工作中换能器距固定点在1.0m以内是可靠的,并对现场操作中如何减弱和避免涡激振动对系统精度的影响提出建议。     

一种适用于水声通信的Doppler估计算法

在水下声通信中,收发双方相对运动产生的Doppler效应会导致信号的伸缩,引起信噪比的降级,需要采用Doppler补偿措施。在补偿前需要得到Doppler估计。文中提出了一种利用DFT进行Doppler估计的有效算法,该算法通过估计频率偏移来计算Doppler率。仿真结果验证了该算法的有效性。     

江豚声学行为的观察与水下声信号的初步研究

江豚(Neophocaena phocaenoides G. Cuvier)俗称江猪,属鲸目(Cetacea),齿鯨亚目(Odontoceti),鼠海豚科,是海豚类中最小型的一种,也是我国沿海最常见的一种近岸小型无鰭鼠海豚。一般体长不超过2米,体重约30-80公斤,如图1照片所示。 江豚与其他海洋哺乳动物一祥,能发出多变的声信号,而且每一种声信号都受其生态行为的支配。发声系统是它们赖以生存的重要官能。海豚用其发射的声信号测定水下目标的距离、方位和大小,以至判断其形状,因而能有效的绕过障碍,避开或驱逐来犯之敌。依靠其声信号能更有效的捕获足够的食物,营养自身,抚育后代。声信号是海洋哺乳类动物在自然界进行生存斗争的有利武器。声信号又是海洋哺乳动物的语言,借以进行“社会”联络和通讯,甚至教育它们的后代。为此。人们把它们的这种功能称作“第六官能”(sixth sense)。 观察海兽类的声学行为,测试分析其声信号的结构和物理特性,是揭示它们的回声定位系统的机制,破译其“语言”奥密所必不可少的一步。从而将为驯养它们成为人类的水下得力“助手”提供可靠的实验方案,也将为仿生学等新的学科研究提供有效的理论依据。 本实验是为了把江豚驯养成“水下警犬”使其在海湾、河口进行人工放养鱼群的放牧,以及协助人类进行水下作业等目的而进行的基础工作,也是研究海洋哺乳动物回声定位的发射与接收机制的探索。实验工作是在一定的半自然条件下,对江豚某些生态行为下的声信号作了较详细的记录与分析。     

移动平均法的数字滤波特性分析

自然界的非电信号经传感器转换和放大器放大后，不可避免地要混入干扰及噪声信号，为此必须使用滤波器对信号滤波。本文讨论移动平均法的数字滤波特性，将“三点平均”与“四点平均”法作一比较。     

由远程声传播估算海洋pH值的一种方法

海洋中的低频(<1000Hz)声吸收主要决定于海洋的pH值.虽然测得的远程(1000km量级)声传播的绝对幅度相当复杂地依赖于海洋的介质和环境参数,但对不同频率间的相对吸收差的测量能给出有用的信息.此外,沿海面反射声线(RSR)的传播衰减还应附加上海面散射引起的损失.原则上通过比较发射和接收到的声信号的频谱能估算海洋的pH值和表面粗糙度.我们分析了北太平洋750km声传播实验的部分数据.实验结果与理论估算定性地相符,但其测量精度还不足以进行定量的比较(该实验并不是为测量相对吸收差而设计的).估算表明,为了获得0.05的pH测量精度,当信号频率为550±100Hz,传播距离为750km时,对北太平洋(pH≈7.7)和大西洋(pH≈8.0)海域分别需要对100和60个独立测量样本进行平均以消除内波及噪声引起的幅度谱畸变.     

微波定位系统验收工作顺利完成

从英国雷卡定位公司引进的微波定位系统(Micro-Fix)最近已顺利通过验收,即将投入使用。 微波定位系统是利用微波技术来实现海上定位的精密仪器。其主要特征,表现为近程高精度定位。这种系统由主台和若干副台组成。主台发射调频信号,由副台接收后,并重发回主台。对发射和接收的调制频率进行相位比较,即可确定主、副台距离数值,从而确定船只或其他移动目标的位置。     

运动目标的主动声探测脉冲回波信号波形重构

水下主动声探测是水下目标探测的主要技术之一,其目标回波信号的模拟技术对水下作战防御、声呐和水中兵器以及水下目标探测系统的研制、实战操作训练等多项国防及民用领域具有十分重要的作用。 针对常见的 CW 和 LFM 主动声探测信号,开展了运动目标回波信号波形的重构技术研究。 在捕获得到主动声探测脉冲的条件下,利用“波形存储重发”的基本方法,根据运动目标相对运动速度,重新设置回波信号采样频率,从而实现宽带回波信号(LFM 信号)及窄带回波信号(CW 信号)的多普勒频移模拟。 根据目标回波时延信息,给出了目标回波时延重构模拟方法,并根据不同目标类型和入射方位给出了目标强度参数设置的参考。     

倒置式回声测深仪

倒置式回声测深仪(Inverted Echo Sounder,简称IES)是专门用于精确测定黑潮流轴的,由日本东京大学海洋研究所和日油技研工业(株)研制。 倒置式回声测深仪与一般的相反,它将发射换能器置于海底上,向上发射声波,经海面反射后回到海底,记录这段往返时间,同样能知道水深。IES的整机分可成三部分,①音响部分:以一定的时间间隔发射声波脉冲,并测定脉冲从海面反射回来的往返时间;②记录装置:用晶体管记忆方式将接收换能器输出信号(脉冲传播时间)记录下来;③读出处理装置:观测结束后从海底取上记录装置,读出记录,进行演算分析。     

浅海声传播和混响的选频衰减

在强负跃层浅海的爆炸声实验中,发现当声源和接收器都位于跃层之上时,平均混响强度和某一航向的声传播损失在频率1000-2000Hz之间出现强烈的异常衰减现象,而且很有意思的是发射和接收均无指向性的平均混响强度的异常衰减与该航向声传播损失的异常衰减具有中心频率相同、带宽一致、附加衰减值相近的窄带共振或选频衰减特权.显然,这一异常衰减现象无法用各向异性的机理(内波、海面或海底的有规律起伏等)来解释.根据本文实验所得的传播损失和混响强度的深度结构以及一些间接的证据,我们认为这一选频附加衰减是由分散活动干跃居上部的有鳔鱼(极可能是鱼)所引起的.     

测量声速的连续波锁相法

本文提出一种以对连续波进行锁相来实现声速测量的方法。它利用压控振荡器的正弦信号在介质中产生连续超声波,然后将来自相隔一定距离的超声波发射点和接收点的两个信号输入鉴相器,鉴相器的输出经低通滤波后即成为压控振荡器的控制电压。这样的锁相环路所锁定信号频率能保证发、收两点间的距离与超声波波长之比为固定值,该频率反映了声速的大小。文章介绍了使用本方法,以斜探头产生的表面波对钢带和钢筋进行的声弹性测量试验;和用收发一体化换能器对特殊形状螺栓所作的轴向力测量试验。试验情况表明,锁相法使超声波频率能灵敏地跟踪介质中声速的变化,而且还能对四端网络传递函数极点位置进行锁定和跟踪。     

一种猎雷声呐信号被动定向技术研究

介绍了一种猎雷声呐脉冲信号被动定位的测向方法。反猎水雷采用被动声自导方式,利用猎雷声呐发射的窄带脉冲信号,采用自适应 notch 滤波器估计信号的包络、频率、相位差。采用时延差粗测与相位差精测相结合的方法实现时延估计。此方法不仅对 CW 脉冲信号可测向、测距,还可适用于调频、跳频信号。 该方法已通过仿真及实测数据验证有效。