海水聲速儀的製作方法

2024-04-02 15:32:05

專利名稱：海水聲速儀的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種測量海水中聲傳播速度的儀器，屬於測量儀器技術領域。
背景技術：
海水中聲傳播速度的測量在海洋開發、海洋科學研究等方面都具有重要意義。實驗室中聲速測量有多種方法，如脈衝法、臨界角法、相位比較法和共振幹涉法等，現場海水聲速測量大多採用脈衝法。脈衝聲速儀體積較大、保密性差、使用不便，而且測量精度受到脈衝寬度限制。

發明內容
本實用新型推出一種利用定程共振幹涉法的新型海水聲速儀，通過在石英晶體換能器與反射玻璃鏡構成的聲學諧振腔內產生超聲駐波，實現現場海水聲速測量。
海水聲速儀測量原理為壓電換能器產生的超聲波在諧振腔內的海水中傳播時，在滿足共振條件fm＝mλ/2的頻率上(式中fm是共振頻率；m＝1，2，3---；λ是超聲波長)，直達波與反射波幹涉，產生共振，形成駐波。在這些頻率點上，驅動壓電換能器的掃頻信號電壓被強烈吸收，產生一系列吸收峰，相鄰吸收峰之間的頻率間隔Δf＝fm-fm-1由海水聲速v和換能器發射界面與聲波反射界面之間的距離d決定，被測海水的聲速由下式給出v＝2dΔf。
本實用新型所涉及的海水聲速儀由水下探頭和水上計算機兩部分組成。水下探頭由直徑不同的上下兩個圓柱體構成。上圓柱體直徑較大，由頂部的端蓋、底部的固定板和環繞四周的套筒構成。端蓋中部有水密電纜插座。端蓋和固定板之間設置電路板。水下探頭的下圓柱體直徑較小，為帶有通水孔的諧振腔體。通水孔位於諧振腔體的中部，呈中空狀長方體，與外界相通，海水可以在通水孔中自由流動。通水孔上方是安裝在固定板上的石英晶體壓電換能器，下面有玻璃反射鏡。石英晶體壓電換能器、玻璃反射鏡和通水孔構成聲學諧振腔。信號線把壓電換能器和掃頻信號發生器與控制電路連接起來，並通過電纜與水上計算機連接。
海水聲速儀進行海上測量時，掃頻電路發出的信號驅動石英晶體壓電換能器向通水孔的海水中發射超聲波，超聲波經玻璃鏡反射，沿原路返回，在諧振腔內產生駐波。與此同時，水上計算機就顯示出海水的聲速值。
本實用新型所涉及的海水聲速儀體積小、重量輕、測量快速、適用於各種水體，測量中不輻射任何聲波，具有很好的保密性。它可以安裝於水下載體隨時進行海水環境聲速測量，也可以定點系留海水中長時間測量某一區域海水聲速變化，對水下通訊有重要意義。


圖1為海水聲速儀水下探頭結構圖。圖中，1-電纜插座；2-端蓋；3-套筒；4-電路板；5-固定板；6-諧振腔體；7-反射玻璃鏡；8-通水孔；9-石英晶體壓電換能器。
具體實施方式
現結合附圖對本實用新型的具體實施方式
予以描述。如圖1所示，端蓋2、固定板5和套筒3構成水下探頭的上圓柱體，其結合部分都是水密的。端蓋2上有水密電纜插座1。諧振腔體6為水下探頭的下圓柱體，諧振腔體6中部有通水孔8。通水孔頂部有壓電換能器9，底部有反射玻璃鏡7，石英晶體壓電換能器9發射界面的中心點和反射玻璃鏡7中心點在同一條垂線上。石英晶體壓電換能器9用水密圈固定在固定板5上。
權利要求1.一種海水聲速儀，包括水下探頭和水上計算機兩部分，其特徵在於水下探頭由直徑不同的上下兩個圓柱體固定連接而成，上圓柱體由頂部的端蓋(2)、底部的固定板(5)和環繞端蓋(2)與固定板(5)的套筒(3)構成，下圓柱體是帶有長方體中孔通水孔(8)的諧振腔體(6)。
2.按照權利要求1所述的海水聲速儀，其特徵在於水下探頭下圓柱體的通水孔(8)頂部有石英晶體壓電換能器(9)，底部有反射玻璃鏡(7)，石英晶體壓電換能器(9)發射界面的中心點與反射玻璃鏡(7)中心點在同一條垂線上。
專利摘要一種利用定程共振幹涉法的新型海水聲速儀,在石英晶體壓電換能器與反射玻璃鏡構成的聲學諧振腔內產生超聲駐波,被測海水聲速由v=2dΔf得出,公式中,v－聲速,Δf－掃頻電壓相鄰吸收峰之間諧振頻率間隔,d－諧振腔內聲傳播單程距離。該海水聲速儀體積小、重量輕、測量快捷,適用於各種水體,可以安裝於水下載體上隨時進行測量,也可以定點系留進行某區域長時間連續測量。
文檔編號G01H5/00GK2503470SQ0127100
公開日2002年7月31日 申請日期2001年11月19日 優先權日2001年11月19日
發明者於連生, 劉海坤, 杜軍蘭, 徐雷 申請人:國家海洋局海洋技術研究所