[发明专利]一种水中高精度声速测量装置

说明书

本发明公开了一种水中高精度声速测量装置，涉及声学计量测试技术领域，主要包括声学模块和电子模块，所述的声学模块包括活塞型换能器、反射薄膜A、反射薄膜B和支架，所述的电子模块包括设置在活塞型换能器前部的延时开关。本发明的有益效果为：打破了原有的水中声速测量装置设计思路，巧妙地利用了两张薄膜作为声反射体，大幅提高了声波传播距离的测量精度，通过设计单峰值宽带脉冲信号，提高了声传播时间的测量精度，从而实现了水中声速的高精度测量；另外，本装置具有成本低，精度高，易于实现的优势。

技术领域

本发明涉及声学计量测试技术的领域，具体涉及一种水中高精度声速测量装置。

背景技术

如今，随着电子技术的快速发展以及海洋资源的利用、开发的日益增加，水声设备的发展和应用在国家经济建设中有着十分重要的意义。声速几乎与所有的水声设备有关，它更是直接应用于水下测距、定位与导航，而声速测量结果的准确性与可靠性，将直接影响水声设备的性能。同时，海水中声波的传播速度是描述海水水文特性的一个重要物理参数，因而也被直接用于海洋环境监测，如ATOC(Acoustic thermometry of ocean climate)与HIFT(Heard Island feasibility test)等全球海洋温度测量试验就是通过测量声速来得到海水温度。

目前，国内外对于水中声速的测量方法主要有两种：直接测量法与间接测量法。间接测量法是通过测量水的温度、盐度与压力，再利用水中声速经验公式得到声速值。间接测量法的准确度不仅依赖于温度、盐度与压力的测量精度，更是直接受限于所用经验公式的准确度，常用的几个经验公式在相同的温度、盐度与压力条件下计算得到的声速差距能达到±0.3m/s。直接测量法是指通过直接测量与声速有关的物理量，如声程与声传播时间、声波长与声频率等来得到声速值。大多数声速测量装置都采用测量声程与声传播时间的方法，如AMLOceanographic公司生产的Micro X与Valeport公司生产的Min SVP等。它们都是利用换能器发射高频短脉冲声波，遇到发射板后重新回到换能器处并由其接收，通过测量发射板与换能器之间的距离以及声传播时间得到声速值。由于需要在水中使用，换能器声学辐射面上都会覆盖一层水密材料，而材料声速与水中声速往往不同，换能器产生的声波需先经过水密材料，尔后再在水中传播，水密材料越厚，测量的准确度越低。采用测量声波长与声频率的方式也类似，水密材料中的波长与水中波长不一致，声速测量的准确度也受材料厚度的影响。当然，也可采用移动换能器或者发射板的方式，通过测量移动前后的声程差与声传播时间差来获得声速值，该方法需要保证换能器或反射板移动前后的空间姿态一致，使得声速测量装置更为复杂，成本也更高昂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种水中高精度声速测量装置，该装置克服了换能器水密层的厚度对声速测量的影响，采用两张薄膜作为声反射体，通过测量薄膜之间的距离与声波在两张薄膜间的传播时间得到精确的水中声速。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种水中高精度声速测量装置，包括声学模块和电子模块，所述的声学模块包括活塞型换能器、反射薄膜A、反射薄膜B和支架，所述的活塞型换能器的后部均布有三根直杆；所述的反射薄膜A和反射薄膜B依次设置在活塞型换能器后方，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，每一反射薄膜环扣均和一个支架通过支架环扣相连接，直杆从支架的支架开口中穿过，并通过支架上垂直于直杆的螺杆A进行固定，支架上还设有平行于直杆的螺杆B，用于调节反射薄膜A或反射薄膜B的空间姿态；所述的电子模块包括设置在活塞型换能器前部的延时开关，延时开关通过延时开关输出正极与换能器正极连接，通过延时开关输出负极与换能器负极相连；延时开关的输入通道A与信号发生器相连，延时开关的输入通道B与采集处理器连接；用于产生电信号的信号发生器与用于发射电信号的延时开关时钟同步。