Page 234 - 《应用声学》2023年第2期

422 2023 年 3 月

针对后续反射波信号相比直达波较弱的特点， 图 11 为偶极发射换能器频谱，从图 11 中可见在
在信号调理电路中引入动态增益波形控制，通过来 2.3 ∼ 2.9 kHz 形成一个宽峰，用于偶极信号的高效
自 FPGA 三个增益控制信号实现与采集时间相关 激发与辐射。
的增益控制，该方法中波形放大随着时间动态变化， 发射控制线路通过串口接收来自采集控制与
开始一段时间主要采集直达波增益为 1，后续反射 存储线路的发射参数，由FPGA 进行解编后根据发
波采集阶段增益逐渐增大，以有效保证后续反射波 射参数形成不同的发射方式与激发强度，目前发射
的高精度采集。 方式包括：脉冲发射、burst连续波发射、线性调频发
射 [12] 、补偿式调频发射 [13] 等方式。图 12 为不同发
4 偶极发射
射方式频谱与波形对比，其中脉冲发射常用于地层
时差提取、各向异性与层析成像分析等，burst 连续
方位偶极发射由发射线路和发射声系组成 (如
波发射用于快速地层超远距离探测，线性调频发射
图 10 所示)，其中发射线路用来产生用于偶极声波
与补偿式调频发射则用于复杂地层远距离探测与
的发射控制信号，发射声系用来把来自发射线路的
层析成像。
发射控制信号进行升压并作用于偶极发射换能器
发射不同模式的偶极声波信号。 140
偶极发射器由 2 组三叠片压电陶瓷换能器单 135
ԧ࠱ႃԍ־ऄ/dB 125
元组成，沿周向 90 均匀分布，X 与 Y 方向陶瓷 130
◦
片正交。2 组换能器单元在轴向呈 45 夹角分布。
◦
ԧ࠱଍҄ጳ᡹ 120
115
ԧ࠱ܦጇ
110
2000 2400 2800 3200 3600
ᮠဋ/Hz

图 11 偶极发射换能器中心频谱分布
图 10 方位偶极发射框图 Fig. 11 Central frequency spectrum distribution
Fig. 10 Block diagram of azimuth dipole emission of dipole emission transducer
1.0
1.0 1.0
0.5 0.5
ࣨए/Pa 0.5 ࣨए/Pa 0 ࣨए/Pa 0

-0.5
-0.5
0 -1.0
-1.0
-40 -20 0 20 40 60 80 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 2 4 6 8 10
௑ᫎ/ms ௑ᫎ/ms ௑ᫎ/ms
1.0
2.0 1.0
0.8
1.6 0.8
ࣨए 1.2 ࣨए 0.6 ࣨए 0.6
0.4 0.4
0.8
0.2
0.4 0.2
0
0 0
0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10
ᮠဋ/kHz ᮠဋ/kHz ᮠဋ/kHz
(a) ᑢфԧ࠱ (b) burstᤌ፞ฉԧ࠱ (c) ጳভូᮠԧ࠱
图 12 偶极发射模式与频谱
Fig. 12 Dipole emission mode and spectrum