本发明涉及次声波检测技术领域，具体涉及一种次声波的测量装置及测量方法。
背景技术：
随着人类对次声波的深入了解，次声波在科学研究、灾害预警、医学研究等领域中的应用也越来越广。次声波是频率低于可听声频率范围的声波，它的频率范围大致为0.00001hz～20hz，人耳无法听到次声波。次声波的频率较低、波长较长，所以大气对次声波的吸收系数很小，导致次声波能够传播很远的距离。
自然界的次声波主要由风的波动、空气湍流、火山喷发、海浪拍击、地震、风暴等引起，另外核爆炸、其他方面的大爆炸、火箭的发射等也产生人为的次声波。另外，许多灾害性现象如火山喷发、龙卷风和雷暴等在发生前也会辐射出次声波，通过研究这些前兆现象对于预测灾害事件提供一种方法，因此次声的测量与采集，建立次声数据库，对于研究灾害性现象的预警具有重要意义。
但是，目前次声波测量装置的配件太多和连线繁琐导致次声波测量装置存在响应速度慢、抗干扰能力差以及不便于携带的问题。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种次声波的测量装置及测量方法，实现了对次声波的测量，并且结构简单、抗干扰能力强以及携带方便。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种次声波的测量装置，包括：
次声波接收设备，用于接收次声波并将接收的次声波发送至采集控制设备；
采集控制设备，用于将接收的次声波存储至数据记录设备；
数据记录设备，用于存储接收的次声波；
能源接口设备，用于给采集控制设备、次声波接收设备和数据记录设备供电；
所述次声波接收设备的输出端与所述采集控制设备的输入端相连接，所述采集控制设备的输出端与所述数据记录设备的输入端相连接。
进一步的，所述装置还包括：与采集控制设备相连接的外部信息接口设备，用于将接收的次声波发送至外部设备。
进一步的，所述次声波接收设备包括：
传感器，用于将接收的次声波转换为电压信号；
信号放大器，用于对传感器输出的电压信号进行放大；
低通滤波器，用于对信号放大器输出的电压信号进行滤波；
a/d转换器，用于对低通滤波器输出的电压信号进行模数转换；
所述传感器的输出端与所述信号放大器的输入端相连接，所述信号放大器的输出端与所述低通滤波器的输入端相连接，所述低通滤波器的输出端与所述a/d转换器的输入端相连接，所述a/d转换器的输出端与所述采集控制设备的输入端相连接。
进一步的，所述传感器采用电容式次声波传感器。
进一步的，所述装置还包括：超压浮空器，所述超压浮空器上设有与所述能源接口设备相连接的球载能源系统以及与所述外部信息接口设备相连接的球载通信系统。
进一步的，所述采集控制设备、次声波接收设备、数据记录设备、外部信息接口设备和能源接口设备均设置在加固保温箱内，所述加固保温箱侧壁上设有电源接口以及通信接口，所述能源接口设备通过所述电源接口与所述超压浮空器上的球载能源系统相连接；所述外部信息接口设备通过通信接口与所述超压浮空器上的球载通信系统相连接。
另一方面，本发明提供了一种次声波的测量方法，包括：
将次声波测量装置发放升空至大气层的平流层；
通过次声波测量装置采集次声数据并存储采集的次声数据；
在平流层的次声波测量装置完成测量后，对平流程的次声波测量装置进行回收；
所述次声波测量装置为上述所述的次声波的测量装置。
进一步的，所述通过次声波测量装置采集次声数据并存储采集的次声数据的步骤，之后还包括：
将次声波测量装置采集的次声波数据发送至地面接收站。
进一步的，所述方法还包括：
采集的所述次声波数据的幅值超过预设幅值或频率超过预设频率，则将采集的次声波数据和次声波测量装置的地理位置发送至地面接收站。
由上述技术方案可知，本发明所述的一种次声波的测量装置及测量方法，实现了对次声波的测量，并且该次声波测量装置结构简单、操作方便、抗干扰能力强以及携带方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种次声波的测量装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种次声波的测量装置中次声波接收设备的结构示意图；
图3是本发明实施例中超压浮空器与次声波测量装置的连接关系示意图；
图4是本发明实施例中次声波测量装置进行次声测量示意图；
图5是本发明实施例中次声波测量系统的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种次声波的测量方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种次声波的测量装置，参见图1，该次声波测量装置包括：
次声波接收设备20，用于接收次声波并将接收的次声波发送至采集控制设备10；
采集控制设备10，用于将接收的次声波存储至数据记录设备30；
数据记录设备30，用于存储接收的次声波；
能源接口设备40，用于给采集控制设备10、次声波接收设备20和数据记录设备30供电；
所述次声波接收设备20的输出端与所述采集控制设备10的输入端相连接，所述采集控制设备10的输出端与所述数据记录设备30的输入端相连接。
本发明实施例提供次声波测量装置的核心部件为次声波接收设备，将空气中的被测次声波的频率波动转换为电信号。通过采集控制设备对该电信号进行处理并存储至数据记录设备中，完成对次声波的测量以及存储。
进一步的，上述次声波测量装置，还包括：与采集控制设备相连接的外部信息接口设备，用于将接收的次声波发送至外部设备。
采集控制设备通过外部信息接口设备能够与其他的外部设备进行通信，以使接收次声波接收设备发送的电信号及时发送至其他的外部设备，实现实时测量。
可选的，本发明实施例提供了一种次声波接收设备，参见图2，该次声波接收设备包括：
传感器201，用于将接收的次声波转换为电压信号；
信号放大器202，用于对传感器输出的电压信号进行放大；
低通滤波器203，用于对信号放大器输出的电压信号进行滤波；
a/d转换器204，用于对低通滤波器输出的电压信号进行模数转换。
进一步的，所述传感器采用电容式次声波传感器。
采用电容式次声波传感器，利用电容作为检测次声波的传感元件，将空气中的被测次声频率波动量转化成为电容量，进而实现非电量到电量的转化，在此基础上利用将电容变化量转化成模拟的电压信号。将该模拟的电压信号经过信号放大器以及低通滤波器后，转换为数字信号并发送至采集控制设备进行处理。
电容式次声传感器具有频响宽、通带内特性平坦、非接触式测量的优点，且其体积小，灵敏度高，频率响应好，可以直接与记录器或信号实时模/数转换器联结，使用方便。
可选的，本发明的采集控制设备包括：单片机，所述单片机与所述次声波接收设备电连接，用以处理次声波接收设备传送的电压信号。
通过单片机将接收的电压信号进行处理并存储至数据记录设备。
可选的，上述次声波测量装置，还包括：超压浮空器，所述超压浮空器上设有与所述能源接口设备相连接的球载能源系统。
进一步的，所述采集控制设备、次声波接收设备、数据记录设备和能源接口设备均设置在加固保温箱内，所述加固保温箱侧壁上设有电源接口，所述能源接口设备通过所述电源接口与所述超压浮空器上的球载能源系统相连接。
可选的，参见图3，上述次声波测量装置，还包括：超压浮空器，所述超压浮空器上设有与所述能源接口设备相连接的球载能源系统以及与所述外部信息接口设备相连接的球载通信系统。
进一步的，所述采集控制设备、次声波接收设备、数据记录设备、外部信息接口设备和能源接口设备均设置在加固保温箱内，所述加固保温箱侧壁上设有电源接口以及通信接口，所述能源接口设备通过所述电源接口与所述超压浮空器上的球载能源系统相连接；所述外部信息接口设备通过通信接口与所述超压浮空器上的球载通信系统相连接。
超压浮空器飞行的高度在临近空间中下层，即大气层中的平流层。平流层位于对流层顶以上，离地高度大约15～50公里，相比传统的零压浮空器，超压浮空器通过球体超压的方式抵御昼夜温差变化，由于没有零压浮空器的排氦气过程，可以保持球体浮力不变，从而可以实现长时间驻空飞行。另外，超压浮空器本身不带动力，但可以采取一定的控制策略并利用高空风场，以较低的功耗实现轨迹控制。
超压浮空器具有驻空时间长、载重大、高度稳定、安全可靠的优点，对任务需求响应快速，载荷可以回收、改进并再次飞行；同时效费比高，可以发放多个浮空器组网或阵列使用，进一步增强能力。参见图4，基于超压浮空器进行次声测量具有独特的优势，超压浮空器飞行高度高，覆盖范围大，可长时间对不同区域实施次声测量，如海洋、极地以及陆地观测站点覆盖范围外的区域，在平流层高度探测，受到地面各种噪声的影响较小，也没有陆地观测过程存在的风噪问题。
针对临近空间环境大气低温、低气压、低密度等使用特点，次声波测量装置内部包括：采集控制设备、次声波接收设备、数据记录设备、外部信息接口设备和能源接口设备。次声波测量装置外部设有加固保温箱，用来对次声波测量装置内部的设备进行保温与加固。
通过上述描述可知，本发明所述的一种次声波测量装置，能够实现在大气层中的平流层对地面次声波的测量，并且次声波测量装置的结构简单、操作方便、灵敏度高、抗干扰能力强以及携带方便。
本发明实施例提供了一种使用超压浮空器进行次声波测量的系统，参见图5，系统包括：地面指控站、地面发放场、超压浮空器与次声波测量装置；
地面指控站根据监测需要，围绕目标区域范围，指挥地面发放场发放将超压浮空器发放升空至平流层高度，通过超压浮空器上的次声波测量装置进行次声波测量；次声波测量完成后，地面指控站指挥地面发放场按照正常回收程序实现对超压浮空器次声测量装置的回收，测量任务完成。
进一步的，根据监测需要，发放多个超压浮空器实现组网实现对观测区域的无缝覆盖。
本发明实施例提供了一种次声波的测量方法，参见图6，该方法包括：
s601：将次声波测量装置发放升空至大气层的平流层；
在本步骤中，包括：地面阶段和发放阶段；
地面阶段：临近空间超压浮空器装载球载通信系统、球载能源系统和次声波测量装置，并确认各系统与设备信息状态完好；
发放阶段：地面指控站根据监测需要，围绕目标区域范围，由地面发放场发放将超压浮空器发放升空至平流层高度，可发放多个超压浮空器实现组网；地面指控站可通过球载通信系统，实现对次声测量装置的控制。
s602：通过次声波测量装置采集次声数据并存储采集的次声数据；
在本步骤中，次声波测量装置处于驻空阶段：超压浮空器平台能实现长时驻空，在驻空过程中，次声波测量装置处于工作阶段；同时地面指控站可实施监测超压球位置、状态信息等数据，一旦有问题发生，启动应急预案，由地面发放场实现对超压浮空器控制，确保载荷的安全回收。
s603：在平流层的次声波测量装置完成测量后，对平流程的次声波测量装置进行回收；
本步骤为下降回收阶段：次声任务完成后，地面发放场按照正常回收程序实现对超压浮空器次声测量装置等设备的回收，测量任务完成。
所述次声波测量装置为上述次声波的测量装置实施例中所述的次声波的测量装置。
其中，所述通过次声波测量装置采集次声数据并存储采集的次声数据的步骤，之后还包括：
将次声波测量装置采集的次声波数据发送至地面接收站。
进一步的，所述方法还包括：
采集的所述次声波数据的幅值超过预设幅值或频率超过预设频率，则将采集的次声波数据和次声波测量装置的地理位置发送至地面接收站
本发明提供了一种次声波的测量方法，根据采集到的次声波测量数据，建立次声数据库，研究不同次声数据的参量。根据次声波形的突变、突变持续时间、频率范围等等参量特征，形成次声源判别的依据，构建不同次声源的训练样本库，建立辨识模型，在此基础上，即可开展次声源辨识及其应用，为台风、地震、海啸、火山等自然灾害的预测、监测提供一种手段。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。