[发明专利]基于矢量水听器的流固界面波检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于矢量水听器的流固界面波的检测装置，其特征是，包括

一产生脉冲激励信号的激励信号模块；

在所述激励信号模块的激励作用下产生界面波的信号发射模块；

信号接收模块，包含矢量水听器，在水中直接接收所述信号发射模块发射的界面波信号；

信号采集模块，采集所述信号接收模块接收的信号；

外接控制电路模块，控制所述矢量水听器移动；

信号处理显示模块，对所述信号采集模块传输的信号进行处理和波形显示。

2.根据权利要求1所述的基于矢量水听器的流固界面波的检测装置，其特征是，所述激励信号模块包含以信号发生器为核心的方波脉冲信号产生模块、以高频功率放大器为核心的功率放大模块；所述方波脉冲信号产生模块与所述功率放大模块相连接。

3.根据权利要求1所述的基于矢量水听器的流固界面波的检测装置，其特征是，所述信号发射模块中采用压电陶瓷片作为发射换能器激发界面波信号，压电陶瓷片换能器的周围涂有一层环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的基于矢量水听器的流固界面波的检测装置，其特征是，所述信号发射模块固定设置于流固分界面固体侧的一端且垂直于与分界面相邻的两个侧面。

5.根据权利要求1所述的基于矢量水听器的流固界面波的检测装置，其特征是，所述信号接收模块包括接收水声信号的矢量水听器和悬挂矢量水听器的十字双轴丝杆滑台，所述矢量水听器垂直于流固分界面悬挂在液体中并且贴近流固分界面。

6.根据权利要求5所述的基于矢量水听器的流固界面波的检测装置，其特征是，由所述的外接控制电路模块控制双轴丝杆滑台带动矢量水听器移动；外接控制电路模块由结构完全相同的两组装置组成，分别控制矢量水听器在X轴和Y轴方向上的精确移动；每一组装置均由一个步进电机带动丝杠传动使滑台移动。

7.根据权利要求1所述的基于矢量水听器的流固界面波的检测装置，其特征是，所述信号采集模块包含集成运算放大器、高速A/D转换模块、FPGA高速控制模块和计算机终端，所述A/D转换模块与集成运算放大器连接，所述FPGA高速控制模块通过IO端口与高速A/D转换模块连接并通过RS232串口与计算机终端连接。

8.根据权利要求1所述的基于矢量水听器的流固界面波的检测装置，其特征是，所述信号处理显示模块为计算机终端处理，包含用于优化水听器信号的波速成形算法模块和用于繁衍其他水声信息的处理模块及显示模块。

9.一种基于矢量水听器的流固界面波的检测方法，其特征是，包含以下步骤：

（1）将固体切成长方体状薄片状，以长方体的长和厚度边形成的面作为底面，将固体块立在水槽中；

（2）将压电陶瓷片制作成窄带长方体状作为发射换能器，压电陶瓷片长和宽的比例为4:1；将压电陶瓷片设置于信号发射模块内，压电陶瓷片的长与流固分界面的窄边平行；信号发射模块固定在流固分界面固体侧的一端，且在固定的过程中使压电陶瓷片垂直于与界面相邻的两个侧面；在固定好的压电陶瓷片周围涂一层环氧树脂；

    （3）在固体的两侧安装十字双轴丝杆滑台支架，支架的顶部高于水槽中的液面；调整X轴和Y轴的中心处位置使其处于流固分界面的正上方，且距离信号发射模块一个波长的距离；

（4）将一个或多个矢量水听器悬挂在双轴丝杆滑台上，调整矢量水听器的位置，使矢量水听器垂直悬挂于贴近分界面的液体中，贴近分界面但不与固体贴合，保证水听器的自由移动； 

（5）调整激励信号模块输出方波信号的脉冲宽度，使激励信号的脉冲宽度为压电陶瓷片额定频率的1/2，使检测信号的幅度变化达到最大值；

（6）由所述的激励信号模块激励信号发射模块产生界面波信号；

（7）所述的矢量水听器接收所述的信号发射模块发射的界面波信号；

（8）通过上位机软件控制信号采集模块对矢量水听器接收到的信号进行采集，然后由计算机终端对采集到的信号进行处理并通过计算机终端的显示器显示出来；

（9）通过外接控制电路控制双轴丝杆滑台移动，带动矢量水听器的移动，待矢量水听器的运动在水中静止后，重复步骤（5）-（8）的过程。