[发明专利]一维声速剖面仪及三维空间声速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种声速剖面仪，具体地说，是涉及一种能够快速精确测量目标空间各点声速的声速剖面仪及声速测量方法。

背景技术

各种水下测距、测流速、测流量、成像和导航等领域一般采用声学原理进行测量，因此，必须准确获知空间各点声速是进行各种测量的前提，在海洋测量中更加复杂，由于海水的温度、盐度、深度直接影响声速，现有采用温盐深仪（CTD）间接应用于声速测量，把仪器所在点的温度、盐度、深度参数通过经验公式换算求得仪器所在点声速。由于经验公式不适用于高温（100℃以上）高压液体以及海水以外组分流体的声速计算，其计算精度不理想。

现有采用声学原理直接测量方法进行声速测量的声学剖面仪，通过在已知距离内声学换能器向反射装置发射声音信号，并接受反射信号，测量信号从声学换能器发出到反射装置反射回声学换能器的时间，可以用距离-速度公式直接计算得到声速值，但是目前的声速剖面仪为单点式，若想测量目标空间一维声速梯度场，需要每测量一个点，将反射装置移动至下一位置，重复执行一次测量过程，直至测量完所有目标采样点。这种测量方式测量效率低，而且在反射装置移动过程中，无法保证每次移动距离的精确度，因此相应的测量精度较低。而进行三维空间声速测量时，效率更低。

发明内容

本发明为了解决现有声速剖面仪无法直接对测量目标一维空间各点声速同时进行测量的问题，提出了一种一维声速剖面仪，可以同时测量一维空间各点声速值。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种一维声速剖面仪，包括声学换能器、若干个反射板、以及用于支撑所述反射板的支架，且反射板的反射面与所述声学换能器的中轴线垂直，各反射板在所述声学换能器表面上的投影不受所述支架和其他反射板的遮挡。

进一步的，为了方便测量，所述反射板的支架空间结构保证各反射板在所述换能器表面上的投影不受反射板支架和其他反射板的遮挡，所述支架为圆锥螺旋线结构，所述反射板固定于所述螺旋线上。

进一步的，为了防止位于后方的反射板的反射信号旁瓣被位于前方的反射板的背面反射回，造成回波干扰，所述的反射板的背面设有一层吸声层。

又进一步的，为了能够得到三维的声速场，还包括驱动装置，所述的声学换能器与所述驱动装置的动力输出轴连接，所述驱动装置驱动所述声学换能器在与声学换能器的表面平行的平面上运动。

优选的，所述的支架为形状和性能受环境变化影响小的材质，如316钢，海军青铜等。

基于上述的一种一维声速剖面仪，本发明同时提供了一种三维空间声速测量方法，包括前面任一项所述的一维声速剖面仪，所述的三维空间声速测量方法包括以下步骤，

（1）、声学换能器沿所述声学换能器面轴向发射脉冲时长为△t的声音信号，并记录时刻T₀；

（2）、记录各反射板所反射的信号到达声学换能器的时刻，分别为T₁，T₂，T₃…；

（3）、计算距离声学换能器最近的反射板至声学换能器区间段的声速：

;

以及计算其他反射板距离其前一反射板区间段的声速：

；

上述得到一维声速值，其中，d₀为距离声学换能器最近的反射板至声学换能器的距离，d_i为第i个声学换能器距离其前一个声学换能器的距离。

进一步的，在所述步骤（3）之后，还包括：

（4）、驱动装置驱动所述声学换能器在与所述声学换能器的表面的平行的平面上进行二维运动，得到三维声速场。

又进一步的，所述步骤（1）中，声学换能器沿所述圆锥螺旋线轴向连续发射载波频率分别为f1，f2，f3…的声音信号，各频段信号脉冲时长为△t，并分别记录时间t₀，t’₀，t’’₀…；

（2）、记录各反射板所反射的各频段信号到达声学换能器的时间，分别为

T₁，T₂，T₃…；

T’₁，T’₂，T’₃…；

T’’₁，T’’₂，T’’₃…；