海底沉積物聲學特性方面的研究主要是在沉積物的聲速與聲衰減兩個方面。目前對沉積物聲學特性的測量,主要采用實驗室直接測量法。對不同的沉積物,實驗室直接測量法對測量系統(tǒng)設備的性能要求不一樣。要獲得準確的沉積物聲學特性,需要信號波形參數(shù)可以調(diào)節(jié),還需要在不同頻率段進行掃頻。現(xiàn)有的海底沉積物超聲測量儀主要是采用測量建筑結構缺陷的儀器,其信號輸出波形參數(shù)不能根據(jù)測量需要進行調(diào)節(jié),也不能輸出掃頻信號�？梢姮F(xiàn)有的超聲測量儀難以滿足波形參數(shù)可調(diào)、可以掃頻的要求,亟待研究開發(fā)新型的聲波測量儀,而聲波信號源是測量儀中提供驅(qū)動換能器電壓的重要部分。因此為滿足海底沉積物聲學特性測量需要,本文主要研究開發(fā)新型的聲波信號系統(tǒng)。 為了滿足海底沉積物實驗室測量的要求,同時根據(jù)本課題組前期研究工作中的實際需要,本文在分析了超聲波換能器特性的基礎上,結合頻率合成與微控制器技術的優(yōu)點,設計了一套專用的海底沉積物聲學特性實驗室測量信號系統(tǒng)。 系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩部分。硬件部分選擇DDS芯片AD9850作為聲波信號系統(tǒng)的核心,以AT89S52為控制芯片,并詳細的給出了聲波信號發(fā)生模塊、波形計數(shù)模塊、換能器驅(qū)動模塊、溫度檢測模塊以及信號接收模塊等硬件實現(xiàn)方案,同時詳細說明了系統(tǒng)PCB設計的注意事項。軟件部分包括AD9850頻率控制程序,82C54波數(shù)的控制程序,溫度檢測程序、CPLD數(shù)據(jù)采集卡時鐘頻率的控制程序。由于本系統(tǒng)需要與CPLD采集卡聯(lián)機使用,整個系統(tǒng)的控制命令由上位機發(fā)出,信號系統(tǒng)通過讀取控制命令執(zhí)行相應的操作,信號系統(tǒng)與CPLD數(shù)據(jù)采集卡的通信程序是軟件部分的關鍵。論文詳細給出了各功能模塊的程序控制流程圖及時序圖。 論文最后通過時域分析方法驗證了系統(tǒng)輸出的正弦信號和脈沖信號的穩(wěn)定性,同時采用頻譜分析技術研究了信號接收模塊的輸出信號,對換能器的主頻特性和信號接收模塊的接收性能進行了驗證。實驗結果表明信號系統(tǒng)功能穩(wěn)定可靠,信號接收電路部分參數(shù)設計合理,達到了設計要求。 該聲波信號系統(tǒng)的輸出信號頻帶寬,信號頻率和波數(shù)可控,頻率分辨率高,轉(zhuǎn)換速度快,可掃頻測量；同時信號占空比與輸出電壓可調(diào),使用靈活,應用廣泛。
【學位單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：TH766;TB516
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
目錄
CONTENTS
第一章 緒論
    1.1 研究背景與課題來源
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 課題來源
    1.2 海底沉積物聲學特性測量系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
    1.3 研究目的、意義
    1.4 課題研究內(nèi)容和結構安排
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 本文的結構安排
    1.5 本章小結
第二章 壓電換能器及頻率合成技術的分析
    2.1 壓電換能器的特性分析
        2.1.1 壓電換能器主要參數(shù)
        2.1.2 壓電換能器的等效電路特性
    2.2 直接數(shù)字頻率合成技術
        2.2.1 DDS技術的數(shù)學原理
        2.2.2 DDS技術的工作原理
    2.3 本章小結
第三章 信號系統(tǒng)硬件電路的設計
    3.1 系統(tǒng)方案的制定
    3.2 超聲信號發(fā)生器的設計
        3.2.1 DDS芯片的選擇
        3.2.2 硬件電路的設計
    3.3 計數(shù)模塊的設計
    3.4 驅(qū)動電路的設計
        3.4.1 正弦信號放大電路
        3.4.2 脈沖信號功率放大電路
        3.4.3 變壓器的設計
        3.4.4 阻抗匹配網(wǎng)絡的設計
    3.5 溫度檢測模塊
    3.6 信號接收電路的設計
        3.6.1 電荷放大器的設計
        3.6.2 帶通濾波器的設計
    3.7 系統(tǒng)電源電路的設計
        3.7.1 正電源的設計
        3.7.2 負電源的設計
    3.8 硬件系統(tǒng)PCB的設計
        3.8.1 布局布線
        3.8.2 接地
        3.8.3 旁路和去耦
    3.9 本章小結
第四章 信號系統(tǒng)軟件的設計
    4.1 DDS程序的設計
        4.1.1 AD9850的控制字和時序
        4.1.2 AD9850的控制程序設計
    4.2 計數(shù)模塊程序的設計
        4.2.1 82C54工作模式
        4.2.2 82C54的控制命令
        4.2.3 82C54控制程序
    4.3 溫度檢測程序設計
    4.4 采集卡時鐘頻率程序的設計
    4.5 通信程序的設計
        4.5.1 串行通信程序設計
        4.5.2 信號系統(tǒng)與采集卡通信程序設計
    4.6 本章小結
第五章 檢測實驗與信號的時域和頻譜分析
    5.1 實驗方案的設計
    5.2 實驗數(shù)據(jù)處理與結果分析
        5.2.1 信號時域分析
        5.2.2 信號頻譜分析
        5.2.3 誤差分析
    5.3 本章小結
總結與展望
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表的論文
致謝
附錄

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 羅忠輝;盧博;楊永;;人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術在海底沉積物聲速預報中的應用[J];海洋技術;2009年04期

2 陶春輝;金肖兵;金翔龍;周建平;張金輝;顧春華;何擁華;WIL KENS R H;FU Shung-sheng;;多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)研制和試用[J];海洋學報(中文版);2006年02期

3 盧博;李趕先;孫東懷;黃韶健;張福生;;中國東南近海海底沉積物聲學物理性質(zhì)及其相關關系[J];熱帶海洋學報;2006年02期

4 周建平;陶春輝;何擁華;顧春華;張金輝;;超聲無損檢測技術在海底沉積物調(diào)查中的應用[J];海洋技術;2007年04期

5 闞光明;趙月霞;李官保;韓國忠;孟祥梅;;南黃海海底沉積物原位聲速測量與實驗室聲速測量對比研究[J];海洋技術;2011年01期

6 曾潔瑩;吳百海;鄒大鵬;吳錦虹;;可變角度換能器在海底沉積物聲學原位測量應用的探討[J];海洋技術;2008年01期

7 鄒大鵬;吳百海;盧博;張文凡;陳飛燕;;海底沉積物聲學物理力學性質(zhì)聚類分析研究[J];熱帶海洋學報;2008年05期

8 山本 ,聰大森保 ,白樺;水深8260米海底沉積物與金屬元素的分布[J];地質(zhì)科技情報;1984年03期

9 侯保榮;海洋環(huán)境中的腐蝕問題[J];世界科技研究與發(fā)展;1998年04期

10 池原研,馬建華,袁曉茂;濁積層——海底沉積物中殘留的古代大地震記錄[J];海洋地質(zhì)動態(tài);2001年01期

相關博士學位論文 前10條

1 陶春輝;海底沉積物聲學原位測試和特性研究[D];浙江大學;2005年

2 羅豪;一種極低功耗模擬IC設計技術及其在高性能音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的應用研究[D];浙江大學;2012年

3 明鑫;低EMI D類音頻功放電路關鍵技術研究[D];電子科技大學;2012年

4 劉濤;南黃海輻射沙脊群現(xiàn)代沉積環(huán)境研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2012年

5 王偉征;數(shù)字電路低費用低功耗測試技術研究[D];湖南大學;2011年

6 蔣東輝;渤海海峽沉積物輸運的數(shù)值模擬[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2002年

7 蘇彥鋒;數(shù)字CMOS工藝實現(xiàn)的單片本振電路[D];復旦大學;2004年

8 王前;開關電源的協(xié)同控制理論及脈寬調(diào)制應用技術研究[D];華南理工大學;2010年

9 黃金鑫;基于空間電磁能的無線傳感器自供能技術研究[D];山東大學;2012年

10 吳多龍;印刷電路板的電磁輻射研究[D];電子科技大學;2000年

相關碩士學位論文 前10條

1 魏俊益;新型聲波信號系統(tǒng)的研究開發(fā)[D];廣東工業(yè)大學;2013年

2 符東;海底沉積物聲學特性小距離測量系統(tǒng)設計與實驗研究[D];廣東工業(yè)大學;2012年

3 洪剛;南海海底沉積物聲學特性的溫度影響性研究[D];廣東工業(yè)大學;2011年

4 李艷華;海底沉積物聲學性質(zhì)原位測量技術研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2010年

5 王寧;基于虛擬儀器的溫壓控制聲學測試系統(tǒng)設計[D];浙江理工大學;2012年

6 段繼周;低碳鋼在海底沉積物中的腐蝕行為[D];中國科學院海洋研究所;2000年

7 程凈凈;南黃海中部泥質(zhì)區(qū)沉積物聲學物理特性研究[D];國家海洋局第一海洋研究所;2011年

8 聶雙雙;基于模極大值特征提取的超聲波海底沉積物分類識別研究[D];中南大學;2008年

9 詹雪雄;水下機器人自主采樣系統(tǒng)研究[D];華中科技大學;2008年

10 張超;基于尾波包絡特征提取的超聲波海底沉積物分類識別研究[D];中南大學;2008年

本文編號：2879565