發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 18:21

　　 海底沉積物聲學(xué)特性方面的研究主要是在沉積物的聲速與聲衰減兩個(gè)方面。目前對沉積物聲學(xué)特性的測量,主要采用實(shí)驗(yàn)室直接測量法。對不同的沉積物,實(shí)驗(yàn)室直接測量法對測量系統(tǒng)設(shè)備的性能要求不一樣。要獲得準(zhǔn)確的沉積物聲學(xué)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(jìn)行調(diào)節(jié),也不能輸出掃頻信號。可見現(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(dòng)換能器電壓的重要部分。因此為滿足海底沉積物聲學(xué)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(shí)驗(yàn)室測量的要求,同時(shí)根據(jù)本課題組前期研究工作中的實(shí)際需要,本文在分析了超聲波換能器特性的基礎(chǔ)上,結(jié)合頻率合成與微控制器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套專用的海底沉積物聲學(xué)特性實(shí)驗(yàn)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(xì)的給出了聲波信號發(fā)生模塊、波形計(jì)數(shù)模塊、換能器驅(qū)動(dòng)模塊、溫度檢測模塊以及信號接收模塊等硬件實(shí)現(xiàn)方案,同時(shí)詳細(xì)說明了系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。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(shí)鐘頻率的控制程序。由于本系統(tǒng)需要與CPLD采集卡聯(lián)機(jī)使用,整個(gè)系統(tǒng)的控制命令由上位機(jī)發(fā)出,信號系統(tǒng)通過讀取控制命令執(zhí)行相應(yīng)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(guān)鍵。論文詳細(xì)給出了各功能模塊的程序控制流程圖及時(shí)序圖。 論文最后通過時(shí)域分析方法驗(yàn)證了系統(tǒng)輸出的正弦信號和脈沖信號的穩(wěn)定性,同時(shí)采用頻譜分析技術(shù)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(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shè)計(jì)合理,達(dá)到了設(shè)計(jì)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(shí)信號占空比與輸出電壓可調(diào),使用靈活,應(yīng)用廣泛。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(xué)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(jié)構(gòu)安排
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 本文的結(jié)構(gòu)安排
    1.5 本章小結(jié)
第二章 壓電換能器及頻率合成技術(shù)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(shù)
        2.2.1 DDS技術(shù)的數(shù)學(xué)原理
        2.2.2 DDS技術(shù)的工作原理
    2.3 本章小結(jié)
第三章 信號系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)
    3.1 系統(tǒng)方案的制定
    3.2 超聲信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)
        3.2.1 DDS芯片的選擇
        3.2.2 硬件電路的設(shè)計(jì)
    3.3 計(jì)數(shù)模塊的設(shè)計(jì)
    3.4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
        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(shè)計(jì)
        3.4.4 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)
    3.5 溫度檢測模塊
    3.6 信號接收電路的設(shè)計(jì)
        3.6.1 電荷放大器的設(shè)計(jì)
        3.6.2 帶通濾波器的設(shè)計(jì)
    3.7 系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì)
        3.7.1 正電源的設(shè)計(jì)
        3.7.2 負(fù)電源的設(shè)計(jì)
    3.8 硬件系統(tǒng)PCB的設(shè)計(jì)
        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(jié)
第四章 信號系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
    4.1 DDS程序的設(shè)計(jì)
        4.1.1 AD9850的控制字和時(shí)序
        4.1.2 AD9850的控制程序設(shè)計(jì)
    4.2 計(jì)數(shù)模塊程序的設(shè)計(jì)
        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(shè)計(jì)
    4.4 采集卡時(shí)鐘頻率程序的設(shè)計(jì)
    4.5 通信程序的設(shè)計(jì)
        4.5.1 串行通信程序設(shè)計(jì)
        4.5.2 信號系統(tǒng)與采集卡通信程序設(shè)計(jì)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 檢測實(shí)驗(yàn)與信號的時(shí)域和頻譜分析
    5.1 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)
    5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析
        5.2.1 信號時(shí)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(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝
附錄

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本文編號：2879565