發(fā)布時間：2018-06-08 21:26

  本文選題：聲速剖面儀 + 校準�。� 參考：《天津大學》2016年博士論文

【摘要】：由于光波、電磁波等在水中無法進行遠距離傳播,因此在深海中開展探測、定位、導航、通訊以及內(nèi)陸河道測量等活動中均使用聲吶儀器完成。水中聲速隨環(huán)境溫度、鹽度以及壓力的變化而變化,因此測深儀、側(cè)掃聲吶等儀器測量數(shù)據(jù)需要根據(jù)實時聲速值進行改正。目前,對水聲速值的測量主要通過聲速儀直接測量或者根據(jù)溫度、鹽度、壓力數(shù)據(jù)間接計算。聲速儀需依據(jù)已有觀察數(shù)據(jù)或經(jīng)驗公式計算數(shù)據(jù)完成儀器標定,間接計算聲速值則是將溫鹽深實時觀察數(shù)值代入經(jīng)驗公式求得。目前各國及各聲速儀廠家所使用的經(jīng)驗公式眾多且相互之間存在一定的偏差,不能滿足對水聲速值精確度的要求。因此,研究新的聲速值測量方法以及聲速儀的校準技術(shù)對聲吶儀器測量數(shù)據(jù)的準確改正具有至關(guān)重要的作用。本文開展的研究主要有:1研究超聲波在流體介質(zhì)中的傳播規(guī)律,建立換能器在不同激勵源信號下的振動及衰減模型;分析牛頓流體中的粘性耗散及熱傳導及對聲波的影響;研究聲波衍射效應對傳播時間的影響,并建立衍射效應修正值計算式。2分析時間間隔測量方法,研制基于延遲線內(nèi)插法的時間間隔測量電路,與雙光束平面鏡干涉儀、精密電控位移平臺等構(gòu)建了常壓下水聲速絕對測量系統(tǒng);通過對雙光束平面鏡干涉儀測量原理的分析,建立超聲波飛行距離差的絕對測量模型;根據(jù)所測量的飛行時間差及衍射修正模型、飛行距離差及其修正模型計算水聲速值,實現(xiàn)在常壓下流體聲速的絕對測量,并進行相應的不確定度分析。3分析壓電材料特性,設計X-cut石英晶體壓電換能器,在正弦信號激勵下其振動服從高斯分布;研究設計基于脈沖回波原理的雙聲程聲速傳感器結(jié)構(gòu),與石英晶體壓電換能器組成聲速傳感器;分析超聲波聲程差隨溫度、壓力變化情況,建立聲程差計算模型;研究基于互相關(guān)函數(shù)的脈沖回波信號時差測量方法,并計算衍射效應對時間測量影響的修正值;研究在常壓純水環(huán)境中雙聲程聲速傳感器聲程差及延時等參數(shù)標定方法,并進行相應不確定度分析。4建立聲速儀的高精度校準環(huán)境,研究在常壓下聲速儀的校準方法。
[Abstract]:Because of light wave, electromagnetic wave and so on, it is impossible to carry out long distance propagation in water. Therefore, sonar instruments are used in the exploration, positioning, navigation, communication and inland waterway measurement in the deep sea. The velocity of sound in water varies with the change of ambient temperature, salinity and pressure, so the measuring data of the instrument, side scan sonar and other instruments, need to be measured. At present, the measurement of the velocity of the acoustic velocity is mainly measured directly by the sound velocity meter or indirectly by the temperature, salinity, and pressure data. The sound speed meter needs to calculate the instrument calibration according to the existing observation data or empirical formula, and the indirect calculation of the sound velocity value is to replace the temperature and salt depth in real time. The empirical formulas are obtained. At present, there are many empirical formulas used by various countries and various sonic manufacturers, and there are some deviations between each other, which can not meet the requirements for the accuracy of the velocity of water. Therefore, it is very important to study the new method of sound velocity measurement and the calibration technique of the sound speed instrument for accurate correction of the measurement data of sonar instrument. The main research of this paper is as follows: 1 study the propagation law of ultrasonic wave in fluid medium, establish the vibration and attenuation model of transducer under different excitation sources, analyze the viscous dissipation and heat conduction in the Newton fluid and the influence on the sound wave, study the influence of the diffraction effect on the propagation time, and establish the diffraction effect correction. The time interval measurement method based on the value calculation.2 is used to develop the time interval measurement circuit based on the delay line interpolation. The absolute measurement system of the underwater acoustic velocity is constructed with the double beam plane mirror interferometer and the precision electronic control displacement platform. The ultrasonic flight distance difference is established by the analysis of the measurement principle of the double beam planar mirror interferometer. The absolute measurement model, based on the measured flight time difference and the diffraction correction model, the flight distance difference and its correction model, the absolute measurement of the velocity of the fluid is realized under the atmospheric pressure, and the corresponding uncertainty analysis is carried out to analyze the characteristics of the piezoelectric material by.3, and the X-cut quartz crystal piezoelectric transducer is designed under the sinusoidal signal excitation. The vibration is subject to Gauss distribution, and the structure of the dual range sound speed sensor based on the principle of pulse echo is designed and the sound velocity sensor is formed with the quartz crystal piezoelectric transducer, and the calculation model of the sound range difference is set up with the change of temperature and pressure, and the time difference measurement method based on the cross correlation function is studied. The correction value of the influence of the diffraction effect on the time measurement is calculated and the calibration method of the sound range and delay of the double sound speed sensor in the ambient pressure pure water environment is studied, and the corresponding uncertainty analysis.4 is carried out to establish the high precision calibration environment for the sound speed meter, and the calibration method of the sound velocity instrument under the atmospheric pressure is studied.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P733.2;TB565

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本文編號：1997190