[发明专利]一种水中高精度声速测量装置

权利要求书

1.一种水中高精度声速测量装置，包括声学模块和电子模块，其特征在于：所述的声学模块包括活塞型换能器(1)、反射薄膜A(3)、反射薄膜B(4)和支架(7)，所述的活塞型换能器(1)的后部均布有三根直杆(2)；所述的反射薄膜A(3)和反射薄膜B(4)依次设置在活塞型换能器(1)后方，两者均附着在金属圆环上，并间隔一定距离布置，在两者外周均布有三个反射薄膜环扣(17)，每一反射薄膜环扣(17)均和一个支架(7)通过支架环扣(15)相连接，直杆(2)从支架(7)的支架开口(16)中穿过，并通过支架(7)上垂直于直杆(2)的螺杆A(18)进行固定，支架(7)上还设有平行于直杆(2)的螺杆B(19)，用于调节反射薄膜A(3)或反射薄膜B(4)的空间姿态；所述的电子模块包括设置在活塞型换能器(1)前部的延时开关(14)，延时开关(14)通过延时开关输出正极(10)与换能器正极(5)连接，通过延时开关输出负极(11)与换能器负极(6)相连；延时开关(14)的输入通道A(12)与信号发生器(8)相连，延时开关(14)的输入通道B(13)与采集处理器(9)连接；用于产生电信号的信号发生器(8)与用于发射电信号的延时开关(14)时钟同步。

2.根据权利要求1所述的水中高精度声速测量装置，其特征在于：所述的信号发生器(8)，用于产生大幅值的电信号ET1，并加载在活塞型换能器(1)的两端，所述的活塞型换能器(1)能将信号发生器(8)产生的电信号转换成声波信号并辐射到水中；也能将反射薄膜A(3)或反射薄膜B(4)反射的声波信号转换为电信号；所述的延时开关(14)，用于发射电信号ET1与接收电信号ER1、ER2的隔离，其中，ER1是从反射薄膜A(3)处返回的声波信号作用在活塞型换能器(1)表面所产生的电信号；ER2是从反射薄膜B(4)处返回的声波信号作用在活塞型换能器(1)表面所产生的电信号；所述的信号采集处理器(9)，用于电信号ER1和ER2的采集与处理。

3.根据权利要求2所述的水中高精度声速测量装置，其特征在于：所述的信号发生器(8)产生的电信号ET1为宽带窄脉冲信号，脉冲长度小于等于1μs，该信号的峰峰值大于等于100V，且该信号仅存在一个最大值或最小值。

4.根据权利要求2所述的水中高精度声速测量装置，其特征在于：所述的延时开关(14)，在电信号ET1结束后10μs内断开信号发生器(8)与活塞型换能器(1)的连接，同时闭合输入通道B(13)将信号采集处理器(9)与活塞型换能器(1)连接，延时开关(14)的时间误差在1μs以内。

5.根据权利要求2所述的水中高精度声速测量装置，其特征在于：所述的信号采集处理器(8)，对电信号ER1与ER2进行采集，并检测ER1与ER2的最值即最大值或最小值，找到两者最值所对应的时间t₁与t₂，并根据如下公式得到水中声速：

式中，c为水中声速；L为反射薄膜A(3)和反射薄膜B(4)之间的距离；τ为t₁与t₂的差值。

6.根据权利要求2所述的水中高精度声速测量装置，其特征在于：所述的活塞型换能器(1)能够产生中心频率为1MHz以上、带宽为中心频率的25％的声波信号，且活塞型换能器(1)的发送响应不低于165dB，灵敏度不低于-190dB。

7.根据权利要求1所述的水中高精度声速测量装置，其特征在于：所述的反射薄膜A(3)和反射薄膜B(4)采用非水溶性材质制成，两者的发射系数为0.3～0.7，厚度在2μm以内，两反射薄膜(3、4)之间的距离小于等于反射薄膜A(3)与活塞型换能器(1)之间的距离，且两反射薄膜(3、4)之间的距离大于10cm。

8.根据权利要求1所述的水中高精度声速测量装置，其特征在于：所述的直杆(2)由金属防水材质制成，保证调节支架(7)时不发生形变。

9.根据权利要求1所述的水中高精度声速测量装置，其特征在于：所述的螺杆B(19)对反射薄膜空间姿态的调节精度优于±2μm。