一种基于海底沉积物的声速测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于声速测量技术领域，尤其是一种基于海底沉积物的声速测量系统。
【背景技术】
[0002] 目前，主要有以下两种测量装置用于海底沉积物声速测量：一种是国家海洋局一 所在海底沉积物声学特性研宄中利用WSD-3数字声波仪构建了声速测量装置，另一种是广 东工业大学机电工程学院和中科院南海海洋研宄所共同开发了一种基于声波探针的海底 沉积物声速测量装置。下面对上述两种声速测量装置分别进行说明：
[0003] 以WSD-3数字声波仪构建的声速测量装置，采用的是脉冲前沿检测的时延估计方 法。其发射换能器频率分别为25kHz，50kHz、100kHz、150kHz、200kHz、250kHz六种，声学 特性测试所用样品的长度用游标卡尺测量，精度为0. 1mm。重力式取样管获得的样品直径 104mm，长度介于500?3000mm之间，平均长度1093mm。该测量装置的优点是：样品长度 大，对长度测量装置精度要求低，结构简单；该测量装置的缺点是：换能器小，工作频率低， 样品长度过大，测量结果为各层沉积物声速的综合结果，影响测量。
[0004] 基于声波探针的海底沉积物声速测量装置所采用的发射换能器频率40kHz，样品 长度300mm。该测量装置的缺点是：声波探针灵敏度低，对样品有额外的扰动；频率低，介质 内声场复杂。
[0005] 综上所述，现有的海底沉积物声速测量装置主要存在以下问题：（1)采用了平面 发射换能器，但是没有考虑到声波频率、发射束宽和样品尺寸之间的关系；发射束宽相对于 样品尺寸普遍过大，声波在样品边界形成反射，导致接收波形杂乱无章。（2)时延估计采用 检测首波到达时间的方法，一方面，受系统带宽、相移的影响，首波容易被漏检，从而造成时 延测量的误差；另一方面，首波的检测主要依靠人的观测，难以实现自动检测。（3)由于目 前国内异形换能器的制造工艺依然不是非常成熟，异形换能器的价格和性能仍无法满足实 用的需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构紧凑、测量精度 高且使用方便的基于海底沉积物的声速测量系统。
[0007] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0008] 一种基于海底沉积物的声速测量系统，包括底座、垂直支架、手摇柄、精密滚珠丝 杠、线性滑块、接收换能器支架、接收换能器、发射换能器支架、发射换能器、测距传感器和 测量仪表，垂直支架和发射换能器支架安装在底座上，发射换能器安装在发射换能器支架 上，精密滚珠丝杠安装在垂直支架上，手摇柄安装在精密滚珠丝杠的顶端，该手摇柄与测距 传感器相连接并驱动测距传感器围绕精密滚珠丝杠旋转，线性滑块可上下滑动安装在精密 滚珠丝杠上，接收换能器支架水平安装在线性滑块的外侧，所述的接收换能器安装在接收 换能器支架的底部，在接收换能器与发射换能器之间安装有沉积物样品管，该沉积物样品 管的底部嵌装在发射换能器支架内；所述的测量仪表包括信号处理模块、DA模块、光耦隔 离模块、功放模块、放大滤波模块、AD模块和数显装置，该信号处理模块通过DA模块、光耦 隔离模块、功放模块与发射换能器相连接，该信号处理模块通过AD模块、放大滤波模块与 接收换能器相连接，该信号处理模块还与测距传感器及数显装置相连接。
[0009] 而且，在发射换能器支架的底部侧壁上安装有一排水龙头。
[0010] 而且，所述的发射换能器采用窄波束的发射换能器。
[0011] 而且，所述的测距传感器采用的是光电编码器。
[0012] 而且，所述沉积物样品管直径为73mm，沉积物样品管长度为50?200mm，接收换能 器与发射换能器平面相对夹角不大于〇. 1度。
[0013] 本发明的优点和积极效果是：
[0014] 1、本发明将沉积物样品管垂直设置接收换能器和发射换能器之间，采用测距传感 器测量发射换能器和接收换能器之间的准确距离并通过信号处理模块进行声速计算，在保 证距离测量精度的前提下减小了样品长度。
[0015] 2、本发明采用窄波束的发射换能器，采用较低的工作频率，减小介质吸收损失，保 证接收信号质量，减小介质分层对声速测量的影响。
[0016] 3、本发明采用双频CW脉冲信号时延测量方法，具有较高的时延测量精度，并能实 现自动检测功能。
[0017] 4、本发明在进行测量时，不会破坏沉积物样品管中的样品。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的结构示意图；
[0019] 图2是测量仪表的电路方框图；
[0020] 图3是本发明的脉冲对结构示意图；
[0021] 图1中，1-手摇柄，2-精密滚珠丝杠，3-线性滑块，4-接收换能器支架，5-接收换 能器，6-沉积物样品管，7-发射换能器支架，8-排水龙头，9-发射换能器，10-底座，11-垂 直支架，12-测距传感器，13-测量仪表。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
[0023] 一种基于海底沉积物的声速测量系统，如图1所示，包括底座10、垂直支架11、手 摇柄1、精密滚珠丝杠2、线性滑块3、接收换能器支架4、接收换能器5、发射换能器支架7、 发射换能器9、测距传感器12和测量仪表13。所述的垂直支架和发射换能器支架安装在底 座上，所述的发射换能器安装在发射换能器支架上，所述精密滚珠丝杠安装在垂直支架上， 所述的手摇柄安装在精密滚珠丝杠的顶端，该手摇柄与测距传感器相连接并驱动测距传感 器围绕精密滚珠丝杠旋转，所述的线性滑块可上下滑动安装在精密滚珠丝杠上，所述的接 收换能器支架水平安装在线性滑块的外侧，所述的接收换能器安装在接收换能器支架的底 部，在接收换能器与发射换能器之间安装有沉积物样品管6,该沉积物样品管的底部嵌装在 发射换能器支架内，在发射换能器支架的底部侧壁上安装有一排水龙头8,水龙头用来排出 样品管流出的水。所述的测量仪