基于海底沉积物的声速测量方法
【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方法。
【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、测量精度高且使用 方便的基于海底沉积物的声速测量方法。
[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方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤1、将沉积物样品管放置在发射换能器支架上，通过手摇柄使精密滚珠丝杠带 动线性滑块做垂直移动，使接收换能器和沉积物样品管顶部接触，信号处理模块根据测距 传感器测得的计数值计算得到发射换能器和接收换能器之间的实际距离；
[0010] 步骤2、信号处理模块通过双频CW脉冲的时延测量方法计算出接收换能器和发射 换能器的波形时延真值；
[0011] 步骤3、通过声速=距离/时间关系，计算得到海底沉积物的声速。
[0012] 而且，所述步骤2的具体方法为：发射换能器发射双频CW脉冲信号，该双频CW脉 冲由前后两个不同频率4和f2的CW1脉冲和CW2脉冲组成，其中：f (N+a)f，f2 =Nf，f 的选取应保证相位不模糊，N+a与N为互质数，CW1脉冲长度t^是已知的，CW2比CW1延后t为信号发射到接收的时延真值；该时延真值t为：
【主权项】
1. 一种基于海底沉积物的声速测量方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1、将沉积物样品管放置在发射换能器支架上，通过手摇柄使精密滚珠丝杠带动线 性滑块做垂直移动，使接收换能器和沉积物样品管顶部接触，信号处理模块根据测距传感 器测得的计数值计算得到发射换能器和接收换能器之间的实际距离； 步骤2、信号处理模块通过双频CW脉冲的时延测量方法计算出接收换能器和发射换能 器的波形时延真值； 步骤3、通过声速=距离/时间关系，计算得到海底沉积物的声速。
2. 根据权利要求1所述的基于海底沉积物的声速测量方法，其特征在于：所述步骤2 的具体方法为：发射换能器发射双频CW脉冲信号，该双频CW脉冲由前后两个不同频率&和 4的CW1脉冲和CW2脉冲组成，其中：f (N+a)f，f2=Nf，f的选取应保证相位不模糊， N+a与N为互质数，CW1脉冲长度％是已知的，CW2比CW1延后t^t为信号发射到接收 的时延真值；该时延真值t为：
其中，td、外:为CW1的前沿的时间和相位，妁为CW2前沿时刻的相位，kp k2=0,1， 2…，kpk2的取值由前沿检测的质量决定。
【专利摘要】本发明涉及一种基于海底沉积物的声速测量方法，其主要技术特点是：将沉积物样品管放置在发射换能器支架上，通过手摇柄使精密滚珠丝杠带动线性滑块做垂直移动，使接收换能器和沉积物样品管顶部接触，信号处理模块根据测距传感器测得的计数值计算得到发射换能器和接收换能器之间的实际距离；信号处理模块通过双频CW脉冲的时延测量方法计算出接收换能器和发射换能器的波形时延真值；通过声速＝距离/时间关系，计算得到海底沉积物的声速。本发明将沉积物样品管垂直设置收发换能器之间，通过测距传感器测量收发换能器之间的距离，并采用双频CW脉冲信号时延测量方法实现海底沉积物的声速功能，具有较高的时延测量精度，并实现自动检测功能。
【IPC分类】G01N29-07
【公开号】CN104614446
【申请号】CN201510026451
【发明人】王川, 赵先龙, 孙磊, 邓玉芬, 阮锐
【申请人】中国人民解放军92859部队
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月20日