声传播时间海流计的技术研究

论文摘要

随着科学技术的发展,人类对于海洋的研究越来越深入。为了更好地了解海洋环境的特性,人们需要对一些特定的海洋参数进行测量。海洋流速——作为海洋环境的一个重要参数——对科学研究、军事活动,海洋经济建设都会产生重要的影响。为了能得到精确的海流数据,人们研制了专门用于流速测量的海流计。基于时差法的声传播时间海流计是目前国内外最先进的海流计之一。它以体积小,功耗低,精度高,抗海洋环境影响等特点,被广大的海洋研究工作者所采用。本论文通过研究“时差法”测量理论,提出了实现测量流速的技术方案。论文的工作主要包括:综述了海流计,特别是声传播时间海流计的发展历史。通过对比目前正在使用的各类型海流计的性能特点,得出了声传播时间海流计的技术优势。介绍了声传播时间海流计的相关知识,以及“时差法”流速测量的基本原理。推导了三维流速的测量方法以及流速从物坐标系下转换到大地坐标系下的方法。给出了“时差法”流速测量技术的实现方案。为了测量间隔很短的时间差信号,论文设计了时间积分电路,将时间差信号转换为电压差进行测量,提高了测量的精度。针对其中的两个关键技术:确定信号到达时刻和确定信号到达的时间差,给出相应的实现方法。得出了“时差法”流速测量技术存在的误差来源,给出了相应的修正方法。电路测试的结果验证了“时差法”流速测量技术的可行性。最后论文总结了已完成的工作,提出了改进方案和未来工作的规划。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 海流计概述
• 1.1.1 海流计的发展历史
• 1.1.2 海流计的分类及其特点
• 1.1.3 各类型海流计的性能比较
• 1.2 声传播时间海流计的发展历史
• 1.3 论文的研究内容
• 第2章 声传播时间海流计
• 2.1 超声波技术概述
• 2.1.1 声波的分类
• 2.1.2 超声波的传播特性
• 2.2 超声换能器简介
• 2.2.1 换能器的工作原理
• 2.2.2 超声换能器简介
• 2.2.3 超声换能器主要性能指标
• 2.3 声传播时间海流计的机械结构
• 2.4 声传播时间海流计的基本测速方法
• 2.5 声传播时间海流计的三维测速方法
• 2.6 流速从物坐标系到大地坐标系的转换
• 2.7 本章小结
• 第3章 时差法流速测量的技术方案
• 3.1 技术方案的总体框架
• 3.2 信号发射/接收方案
• 3.2.1 超声换能器的选择
• 3.2.2 超声换能器的电匹配
• 3.2.3 信号发射/接收电路
• 3.3 信号处理方案
• 3.3.1 开关切换电路
• 3.3.2 信号预处理电路
• 3.3.3 电压比较电路
• 3.3.4 时间积分电路
• 3.3.5 电压差测量电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 误差分析与电路测试实验
• 4.1 误差分析
• 4.2 信号发射和接收电路实验
• 4.3 电压比较电路实验
• 4.4 时间积分电路实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 未来工作展望
• 5.1 电路优化
• 5.2 水池实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录