适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器及接收方法与流程

本发明涉及界面波探测的，具体地，涉及适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器及接收方法。

背景技术：

1、地声界面波是沿海底表面传播的声波，又称为scholte波，其能量集中于界面附近，传播特性与介质的物理特性密切相关。通过对其信号特征进行分析，可以实现海底底质声速反演，分层材料无损检测以及水下目标探测等，在地质勘探、材料表征和水下探测等方面发挥着重要作用。界面波接收换能器是实施界面波探测、表征、反演等必不可少的重要传感器，它直接影响到界面波信号接收的质量。传统矢量水听器贴近海底的方式可以一定程度上实现界面波信号实时接收，但是该方式受海流的影响接收信号噪声较大。另外，对于软底介质的界面波，其主要能量集中于固体沉积层中，在沉积层中实施界面波的接收有助于提升界面波信噪比。因此，为了高信噪比信号界面波探测信号的实时获取，需要设计全新的界面波接收换能器与接收方式。

2、因此，需要提出一种新的技术方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器及接收方法。

2、根据本发明提供的一种适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，包括：加速度传感器、姿态传感器、加速度计前放芯片、24-5v芯片、水密插头、水密底座、水密外壳、水密o型圈、水密电缆和直流电源；

3、所述姿态传感器、加速度计前放芯片和24-5v芯片间隔叠放安装于水密底座上部，所述水密底座与水密外壳采用轴向密封方式形成水密，轴向密封采用o型圈实现，所述水密底座底部均匀分布有m6螺钉安装孔，与水密外壳用m3螺钉紧固，所述加速度计、姿态传感器、加速度计前放芯片和24-5v芯片皆封闭在水密外壳内部，所述水密插头安装于水密外壳顶部，所述水密电缆与水密插头相连接，实时传输信号至示波器等岸端设备。

4、优选地，所述姿态传感器、24-5v芯片通过m3铜柱叠放安装至水密底座上部一侧，所述姿态传感器与24-5v芯片的尺寸为33mm×27mm，安装完成后，校正姿态传感器安装误差；所述水密底座上部另一侧通过m3铜柱安装有加速度计前放芯片，所述加速度计前放芯片的尺寸为33mm×27mm。

5、优选地，所述加速度计为高灵敏度类长方体外形传感器，安装于水密底座中部，所述加速度计安装结构分为紧固面与定位面，两个侧面与底面皆为垂直定位面，同时也是紧固面，通过侧面m5螺钉紧固安装定位后再在底面上对加速度计进行紧固，加速度计安装姿态与设计姿态一致；所述加速度传感器能够配置用于感知固体振动的压电式加速度传感器，并将振动信号转换为电信号；通过水密底座搭载的加速度计前放芯片，将加速度计输出的信号进行调理和放大。

6、优选地，所述接收换能器整体放置于海底沉积层中，通过m6螺钉与海底进行耦合，通过海底固体介质振动的界面波信号传递至m6螺钉、水密底座和水密外壳，传递至加速度计，将振动转换为电信号，m6螺钉使传感器与地质紧密连接，固体中振动能传递至加速度计中，被加速度计感知，获得界面波信号。

7、优选地，加速度计信号通过加速度计驱动芯片驱动，芯片包括加速度计放大电路，能够驱动加速度计，为加速度计提供2-20ma的恒定电流，将三轴加速度计的速度放大特定倍数后输出，去掉加速度计原始12v的偏置电压，输出电流信号。

8、优选地，所述加速度传感器的灵敏度选择大于5v/g，所述界面波传感器接收范围选择1-1000hz，谐振频率4khz，加速度传感器的抗冲击不小于100g。

9、优选地，所述姿态传感器选择九轴全姿态电子罗盘，通过rs485的方式输出信息，航向精度不小于0.5度，重复精度0.1度，姿态传感器通过24-5v芯片供电。

10、优选地，所述加速度传感器与姿态传感器信号通过水密电缆传输至岸端，岸端接收到的加速度计信号连接至示波器或者ni采集设备对固体介质振动信息进行读取与记录，姿态传感器的信号通过上位机软件进行读取，获得实时的传感器姿态信息。

11、优选地，所述水密电缆通过水密插头与换能器相连接，湿端换能器布放至指定位置，通过与海底沉积层介质紧密连接以获取界面固体振动信息，通过直流电源对矢量水听器与姿态传感器进行供电，并进行稳定的信号传输，通过采集器或示波器对信号进行采集，实时获取界面波信号；

12、所述加速度传感器为压电式加速度传感器，用于感知固体质点振动信息，采取三分量加速度传感器，具有x,y,z三个方向的质点加速度感知能力，灵敏度不小于5v/g，具有x,y,z以及地线四根信号线，分别与所述的加速度计前放芯片相连接，24v供电。

13、本发明还提供一种适用界面波探测的沉积层质点振动接收方法，所述方法应用上述中的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，所述方法包括如下步骤：

14、步骤s1：将接收换能器与水密插头连接，并通过水密插头另一端与示波器等岸端设备相连接，测试接收换能器工作状态；

15、步骤s2：将接收换能器整体置于海底沉积层中；

16、步骤s3：接收换能器通过m6螺钉12加强与海底的耦合；

17、步骤s4：海底固体介质振动信号传递至加速度计，被加速度计感知，将振动转换为电信号，获得界面波振动信息。

18、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

19、1、本发明提供了一种可以海底沉积层中地声界面波接收换能器与接收方式，能够获取微弱的界面波检测信号，同时流噪声较低，且能实时传递振动信号与自身姿态信息，满足界面波探测方法需求；

20、2、本发明的换能器最大外形尺寸为φ102mm×72mm，重量小于3kg，大于浮力基础上，具有尺寸小、质量轻的突出优点，可方便的进行携带与海底布放，且其壁厚设计为5.5mm，可承受较大水压，可应用于中等深度水底环境；

21、3、本发明的换能器可实现x,y,z三个方向的质点加速度感知，灵敏度不小于5v/g，且姿态感知精度不小于0.5度，重复精度0.1度，可实现高精度的信号感知并提供更丰富的感知信息，方便后续矢量偏振滤波等信号处理。

技术特征：

1.一种适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，包括：加速度传感器(1)、姿态传感器(2)、加速度计前放芯片(3)、24-5v芯片(4)、水密插头(5)、水密底座(6)、水密外壳(7)、水密o型圈(8)、水密电缆(9)和直流电源(10)、m3螺钉(11)和m6螺钉(12)；

2.根据权利要求1所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，所述姿态传感器(2)、24-5v芯片(4)通过m3铜柱叠放安装至水密底座(6)上部一侧，所述姿态传感器(2)与24-5v芯片(4)的尺寸为33mm×27mm，安装完成后，通过不同方位敲击加速度计方式，通过加速度计信号校正姿态传感器(2)安装误差；所述水密底座(6)上部另一侧通过m3铜柱安装有加速度计前放芯片(3)，所述加速度计前放芯片(3)的尺寸为33mm×27mm。

3.根据权利要求1所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，加速度计为高灵敏度类长方体外形传感器，安装于水密底座(6)中部，加速度计安装结构分为紧固面与定位面，两个侧面与底面皆为垂直定位面，同时也是紧固面，通过侧面m5螺钉紧固安装定位后再在底面上对加速度计进行紧固，加速度计安装姿态与设计姿态一致；所述加速度传感器(1)能够配置用于感知固体振动的压电式加速度传感器(1)，并将振动信号转换为电信号；通过水密底座(6)搭载的加速度计前放芯片(3)，将加速度计输出的信号进行调理和放大。

4.根据权利要求1所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，所述接收换能器整体放置于海底沉积层中，通过m6螺钉(12)与海底进行耦合，m6螺钉(12)使传感器与地质紧密连接，海底介质中振动能传递至加速度计(1)中，被加速度计(1)感知，获得界面波振动信息。

5.根据权利要求1所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，加速度计信号通过加速度计驱动芯片(3)驱动，芯片包括加速度计放大电路，能够驱动加速度计，为加速度计提供2-20ma的恒定电流，将三轴加速度计的速度放大特定倍数后输出，去掉加速度计原始12v的偏置电压，输出电流信号。

6.根据权利要求1所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，所述加速度传感器(1)的灵敏度选择大于5v/g，所述界面波传感器接收范围选择1-1000hz，谐振频率4khz，加速度传感器(1)的抗冲击不小于100g。

7.根据权利要求1所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，所述姿态传感器(2)选择九轴全姿态电子罗盘，通过rs485的方式输出信息，航向精度不小于0.5度，重复精度0.1度，姿态传感器通过24-5v芯片(4)供电。

8.根据权利要求1所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，所述加速度传感器(1)与姿态传感器信号通过水密电缆(9)传输至岸端，岸端接收到的加速度计信号连接至示波器或者ni采集设备对固体介质振动信息进行读取与记录，姿态传感器的信号通过上位机软件进行读取，获得实时的传感器姿态信息。

9.根据权利要求1所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，其特征在于，所述水密电缆(9)通过水密插头(5)与换能器相连接，湿端换能器布放至指定位置，通过与海底沉积层介质紧密连接以获取界面固体振动信息，通过直流电源(10)对矢量水听器与姿态传感器(2)进行供电，并进行稳定的信号传输，通过采集器或示波器对信号进行采集，实时获取界面波信号；

10.一种适用界面波探测的沉积层质点振动接收方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1-9任一项所述的适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器，所述方法包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种适用界面波探测的沉积层质点振动接收换能器及接收方法，包括：加速度传感器、姿态传感器、加速度计前放芯片、24‑5V芯片、水密插头、水密底座、水密外壳、水密O型圈、水密电缆和直流电源；姿态传感器、加速度计前放芯片和24‑5V芯片间隔叠放安装于水密底座上部，水密底座底部均匀分布有M6螺钉安装孔，与水密外壳用M3螺钉紧固，加速度计、姿态传感器、加速度计前放芯片和24‑5V芯片皆封闭在水密外壳内部，水密插头安装于水密外壳顶部，水密电缆与水密插头相连接，实时传输信号至示波器等岸端设备。本发明能够获取微弱的界面波检测信号，流噪声较低，且能实时传递振动信号与自身姿态信息，满足界面波探测方法需求。

技术研发人员：叶天明,曾青山,刘佳琪,李梅,周胜增,卢地华,马天逸
受保护的技术使用者：上海船舶电子设备研究所（中国船舶集团有限公司第七二六研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8